JP2008032366A - Method of combustion and combustion apparatus - Google Patents

Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a combustion apparatus, achieving energy saving, reducing the nitrogen oxide emission to a very low value below 5 ppm, and reducing the amount of carbon monoxide emission by stably performing low air ratio combustion regardless of a difference in combustion state. <P>SOLUTION: This combustion apparatus includes: a burner 10 for generating gas by continuous combustion; and an endothermic means for absorbing heat from the gas, wherein the apparatus has a catalyst part 50 for oxidizing carbon monoxide contained in the gas after passing the endothermic means, and reducing the nitrogen oxide contained therein, a detecting means 60 for directly or indirectly detecting the property of the gas on the downstream side of the catalyst part 50, an air ratio control means for controlling the air ratio in the burner 10 according to a detection signal from the detection means 60, and a catalyst part activating means 80 for activating the catalyst part 50 as needed. <P>COPYRIGHT: (C)2008,JPO&INPIT

Description

本発明は、水管ボイラや吸収式冷凍機の再生器等に適用される燃焼方法および燃焼装置に関するものである。   The present invention relates to a combustion method and a combustion apparatus applied to a water tube boiler, a regenerator of an absorption chiller, and the like.

一般に、ＮＯｘ発生の抑制原理として、火炎（燃焼ガス）温度の制御、高温燃焼ガスの滞留時間の短縮などが知られている。そして、これらの原理を応用した種々の低ＮＯｘ化技術が提案されている。例えば、二段燃焼法、濃淡燃焼法、排ガス再循環燃焼法、水添加燃焼法、蒸気噴射燃焼法、水管群による火炎冷却燃焼法等が提案され実用化されている。   Generally, control of flame (combustion gas) temperature, shortening of residence time of high-temperature combustion gas, etc. are known as the NOx generation suppression principle. Various low-NOx technologies that apply these principles have been proposed. For example, a two-stage combustion method, a concentration combustion method, an exhaust gas recirculation combustion method, a water addition combustion method, a steam injection combustion method, a flame cooling combustion method using a water tube group, and the like have been proposed and put to practical use.

ところで、水管ボイラ等の比較的容量の小さいＮＯｘ発生源に対しても、環境への関心が高まり、一層の低ＮＯｘ化が求められている。しかしながら、通常、ＮＯｘの生成を低減するとＣＯの排出量が増加する場合が多いため、ＮＯｘとＣＯとを同時に削減することが難しい。   By the way, with respect to a NOx generation source having a relatively small capacity such as a water tube boiler, interest in the environment is increased, and further reduction in NOx is required. However, usually, reducing NOx production often increases CO emissions, so it is difficult to simultaneously reduce NOx and CO.

その原因は、低ＮＯｘ化と低ＣＯ化とが相反する技術的課題であることにある。すなわち、低ＮＯｘを推し進めるために燃焼ガス温度を急激に低下させ、９００℃以下の低い温度に抑制すると、ＣＯが多量に発生すると共に発生したＣＯが酸化されないまま排出され、ＣＯ排出量が増大してしまう。逆に、ＣＯの排出量を少なくするために、燃焼ガス温度を高めに抑制すると、ＮＯｘの生成量の抑制が不十分となる。   The cause lies in the technical problem that the reduction of NOx and the reduction of CO are contradictory. That is, if the combustion gas temperature is drastically lowered to promote low NOx and suppressed to a low temperature of 900 ° C. or lower, a large amount of CO is generated and the generated CO is discharged without being oxidized, resulting in an increase in CO emission. End up. Conversely, if the combustion gas temperature is suppressed to be high in order to reduce the amount of CO emission, the amount of NOx produced will be insufficiently suppressed.

この課題を解決するために、出願人は、低ＮＯｘ化に伴い発生するＣＯ量をできるだけ少なくするように、また発生したＣＯが酸化するように燃焼ガス温度を抑制する低ＮＯｘおよび低ＣＯ技術を提案し、製品化している（特許文献１参照）。しかしながら、この特許文献１記載の低ＮＯｘ化技術は、現実には生成ＮＯｘ値が２５ｐｐｍ程度にとどまっていた。   In order to solve this problem, the applicant has developed a low NOx and low CO technology that suppresses the combustion gas temperature so as to minimize the amount of CO generated with the reduction of NOx and to oxidize the generated CO. Proposed and commercialized (see Patent Document 1). However, the NOx reduction technology described in Patent Document 1 actually has a generated NOx value of only about 25 ppm.

また、出願人は、他の方法として、ＮＯｘ発生の抑制を排出ＣＯ値の低減に優先するように燃焼ガス温度を抑制し、生成ＮＯｘ値を所定値以下とする低ＮＯｘ化ステップを行い、その後に前記低ＮＯｘ化ステップからの排出ＣＯ値を所定値以下とする低ＣＯ化ステップを行う、低ＮＯｘ燃焼方法を提案している（特許文献２参照）。この特許文献２の技術によれば、１０ｐｐｍを下回る低ＮＯｘ化が可能となるが、５ｐｐｍを下回る低ＮＯｘ化を実現することは難しい。   Further, as another method, the applicant performs a NOx reduction step of suppressing the combustion gas temperature so that the suppression of NOx generation is given priority over the reduction of the exhausted CO value, and reducing the generated NOx value to a predetermined value or less. In addition, a low NOx combustion method is proposed in which a low CO reduction step in which the exhaust CO value from the low NOx reduction step is set to a predetermined value or less is proposed (see Patent Document 2). According to the technique of Patent Document 2, it is possible to reduce NOx below 10 ppm, but it is difficult to realize NOx reduction below 5 ppm.

さらに、ボイラ等の燃焼装置においては、通常、低燃焼および高燃焼を含む三位置制御等が行われている。つまり、必要に応じて、一つの缶体内（燃焼領域内）で複数の燃焼量における運転が行われている。このように、一つの缶体内で異なる燃焼量の運転が行われる場合、例えば、高燃焼時の低ＮＯｘ化を図るべく、バーナや缶体等の設計が行われる。しかしながら、このような構成によれば、高燃焼時以外（例えば低燃焼時）においては、高燃焼時と同様のＮＯｘ低減を図ることは困難となる。   Further, in a combustion apparatus such as a boiler, three-position control including low combustion and high combustion is usually performed. That is, the operation in a plurality of combustion amounts is performed in one can (in the combustion region) as necessary. As described above, when different combustion amounts are operated in one can, for example, a burner, a can, and the like are designed to reduce NOx during high combustion. However, according to such a configuration, it is difficult to reduce NOx in the same way as during high combustion except during high combustion (for example, during low combustion).

また、ボイラ等の燃焼装置は、その起動時と定常運転時、あるいは季節の変化等によって、缶体およびその構成要素の各部において、温度に違いが生ずる。具体的には、例えば、起動時と定常運転時とを比較すると、起動時の方が、缶体およびその構成要素の各部の温度が低くなる。通常、バーナや缶体等の設計は定常運転時を基準としているため、定常運転時の状態で低ＮＯｘ化を図っていても、起動時においては、定常運転時と同様のＮＯｘ低減を図ることは困難となる。   Further, in a combustion apparatus such as a boiler, a temperature difference occurs in each part of the can body and its constituent elements depending on the start-up and steady operation, or seasonal change. Specifically, for example, when starting and steady operation are compared, the temperature of each part of the can and its constituent elements is lower during startup. Normally, the design of burners, cans, etc. is based on steady operation, so even if low NOx is achieved during steady operation, the same NOx reduction as during steady operation should be attempted at startup. Will be difficult.

特許第３２２１５８２号公報Japanese Patent No. 3221582 特開２００４−１２５３７８号公報JP 2004-125378 A

ところで、特許文献２記載の低ＮＯｘ化技術は、空気比が高い燃焼領域（いわゆる高空気比燃焼領域、例えば、空気比が１．３８以上の高空気比燃焼領域）における技術であるが、これに対して、空気比が低い燃焼領域（例えば、限りなく零に近い低Ｏ_２の予混合燃焼領域）については、一酸化炭素の発生量が大幅に上回り実用化が困難であること、および空気比が１以下となるとバックファイアを起こす等安定した燃焼制御が困難なために、これまで殆ど研究開発の対象とされていなかった。 By the way, the NOx reduction technique described in Patent Document 2 is a technique in a combustion region where the air ratio is high (a so-called high air ratio combustion region, for example, a high air ratio combustion region where the air ratio is 1.38 or more). On the other hand, in a combustion region where the air ratio is low (for example, a premixed combustion region of low O _{2 which} is almost zero), the amount of carbon monoxide generated is significantly higher and practical application is difficult. When the ratio is 1 or less, stable combustion control such as causing a backfire is difficult, and so far, it has hardly been subjected to research and development.

また、近年は、環境問題（低ＮＯｘ化、低ＣＯ化等）に加えて、省エネルギ化も叫ばれており、低空気比燃焼が実現できれば、省エネルギ化に大きく寄与するところであるが、上記理由（ＣＯの発生量の増大、不安定な燃焼状態）により、実用化は困難であった。   In recent years, in addition to environmental problems (low NOx, low CO, etc.), energy saving has been screamed, and if low air ratio combustion can be realized, it will greatly contribute to energy saving. For practical reasons (increased CO generation, unstable combustion state), it was difficult to put it to practical use.

さらに、従来の低ＮＯｘ化技術においては、低燃焼時と高燃焼時、起動時と定常運転時等の違い（以下、「燃焼状態等の違い」ともいう。）によって、ＮＯｘの低減に違いが生じ、安定した低ＮＯｘ化を実現できないという問題があった。   Furthermore, in the conventional NOx reduction technology, there is a difference in NOx reduction due to differences between low combustion and high combustion, startup and steady operation (hereinafter also referred to as “difference in combustion state”, etc.). As a result, there is a problem that stable reduction of NOx cannot be realized.

しかしながら、本件出願にかかる発明者らは、鋭意研究を重ねた結果、これまで実現不可能とされていた「安定した低空気比燃焼」を実現することによって、窒素酸化物および一酸化炭素を限りなく零に近く低減して極超低ＮＯｘ化を実現可能な、新規で有用な発明を創出するに至った。本件発明の創出に至る大きな要因は、これまでは、高空気比燃焼による低ＮＯｘ化が業界の常識であったところ、「安定した低空気比燃焼」による低ＮＯｘ化に視点を転換し、低ＮＯｘ化および低ＣＯ化のみならず、低空気比燃焼によるボイラ効率の向上、すなわち省エネルギ化を実現可能としたことである。   However, as a result of extensive research, the inventors of the present application have limited nitrogen oxides and carbon monoxide by realizing “stable low air ratio combustion” that has been impossible to achieve so far. As a result, the present invention has led to the creation of a new and useful invention that can be reduced to almost zero and achieve extremely low NOx. The major factor leading to the creation of the present invention is that, until now, low NOx reduction by high air ratio combustion has been common knowledge in the industry, but the viewpoint has been changed to low NOx reduction by "stable low air ratio combustion". It is possible to realize not only NOx reduction and CO reduction, but also improvement of boiler efficiency by low air ratio combustion, that is, energy saving.

また、本件出願にかかる発明者らは、さらに鋭意研究を重ねた結果、上記「安定した低空気比燃焼」を実現すると共に、「燃焼状態等の違い」にも対応可能な技術を確立した。すなわち、「燃焼状態等の違い」が生ずる場合であっても、安定した低ＮＯｘ化を実現可能とした。   In addition, as a result of further earnest research, the inventors of the present application have established a technique that can realize the above-mentioned “stable low air ratio combustion” and can cope with “difference in combustion state”. That is, even when “difference in combustion state” occurs, stable reduction in NOx can be realized.

そこで、本発明は、燃焼状態等の違いがあっても安定した低空気比燃焼を行うことによって、省エネルギ化と共に、排出ＮＯｘ値が５ｐｐｍを下回るような極超低ＮＯｘ化と低ＣＯ化とを実現可能な燃焼方法および燃焼装置を提供することを課題とする。   Accordingly, the present invention performs ultra-low NOx reduction and CO reduction such that the exhausted NOx value is less than 5 ppm as well as energy saving by performing stable low air ratio combustion even if there is a difference in combustion state and the like. It is an object of the present invention to provide a combustion method and a combustion apparatus capable of realizing the above.

本発明は、上記課題を解決するためになされたもので、バーナを連続燃焼させてガスを生成するガス生成工程と、前記ガスから吸熱する吸熱工程とを備えた燃焼方法であって、前記吸熱工程後、前記一酸化炭素を酸化すると共に前記窒素酸化物を還元する触媒部に対して、前記ガスを接触させる触媒部接触工程と、前記触媒部の下流側および上流側の少なくとも一方にて前記ガスの性状を直接的または間接的に検出する検出工程と、前記検出手段からの検出信号に基づき、前記バーナにおける空気比を制御する空気比制御工程と、必要に応じて、前記触媒部の活性化を行う触媒部活性化工程とを含むことを特徴としている。   The present invention has been made to solve the above-described problem, and is a combustion method including a gas generation step of continuously burning a burner to generate gas, and an endothermic step of absorbing heat from the gas, After the step, the catalyst unit contacting step of contacting the gas with the catalyst unit that oxidizes the carbon monoxide and reduces the nitrogen oxide, and at least one of the downstream side and the upstream side of the catalyst unit A detection step for directly or indirectly detecting a gas property; an air ratio control step for controlling an air ratio in the burner based on a detection signal from the detection means; and, if necessary, an activity of the catalyst unit. And a catalyst part activating step for carrying out the conversion.

また、本発明にかかる燃焼方法においては、前記触媒部活性化工程にて、前記ガス中の前記一酸化炭素濃度を高める構成とすることが好ましい。   Moreover, in the combustion method concerning this invention, it is preferable to set it as the structure which raises the said carbon monoxide density | concentration in the said gas in the said catalyst part activation process.

さらに、本発明にかかる燃焼方法においては、前記触媒部活性化工程にて、前記触媒部の温度を高める構成とすることが好ましい。   Furthermore, in the combustion method according to the present invention, it is preferable that the temperature of the catalyst part is increased in the catalyst part activation step.

また、本発明にかかる燃焼方法においては、前記空気比制御工程にて、前記触媒部に接触前の前記ガスが、以下の数式に示す濃度比を満足すべく制御されていることが好ましい。
（［ＮＯｘ］＋２［Ｏ_２］）／［ＣＯ］≦２．０
ここで、上記数式において、［ＮＯｘ］、［Ｏ_２］、および［ＣＯ］は、それぞれ窒素酸化物濃度、酸素濃度、および一酸化炭素濃度を示し、［Ｏ_２］＞０の条件を満たすものとする。 In the combustion method according to the present invention, it is preferable that in the air ratio control step, the gas before contacting the catalyst portion is controlled so as to satisfy a concentration ratio represented by the following formula.
([NOx] +2 [O ₂ ]) / [CO] ≦ 2.0
Here, in the above formula, [NOx], [O ₂ ], and [CO] indicate the nitrogen oxide concentration, oxygen concentration, and carbon monoxide concentration, respectively, and satisfy the condition of [O ₂ ]> 0 And

さらに本発明は、上記課題を解決するためになされたものであり、連続燃焼によりガスを生成するバーナと、前記ガスから吸熱する吸熱手段とを備えた燃焼装置であって、前記吸熱手段を通過後の前記ガスに含まれる一酸化炭素を酸化すると共に前記窒素酸化物を還元する触媒部と、前記触媒部の下流および上流の少なくとも一方にて前記ガスの性状を直接的または間接的に検出する検出手段と、前記検出手段からの検出信号に基づき、前記バーナにおける空気比を制御する空気比制御手段と、必要に応じて、前記触媒部を活性化させる触媒部活性化手段とを有することを特徴としている。ここで、前記吸熱手段は、前記触媒部へ流入するガス温度を前記触媒部の活性化温度近くに制御する機能をも有する。すなわち、ガス温度を、後述する酸化反応および還元反応を効果的に生じさせ、かつ温度による劣化を抑制し、耐久性を考慮した温度に制御する。   Furthermore, the present invention has been made to solve the above-described problem, and is a combustion apparatus including a burner that generates gas by continuous combustion, and a heat absorption means that absorbs heat from the gas, and passes through the heat absorption means. The catalyst part that oxidizes carbon monoxide contained in the gas after and reduces the nitrogen oxide, and the property of the gas is detected directly or indirectly at at least one of the downstream and upstream of the catalyst part. A detection means; an air ratio control means for controlling an air ratio in the burner based on a detection signal from the detection means; and a catalyst part activating means for activating the catalyst part as necessary. It is a feature. Here, the endothermic means also has a function of controlling the temperature of the gas flowing into the catalyst part close to the activation temperature of the catalyst part. That is, the gas temperature is controlled to a temperature that effectively causes an oxidation reaction and a reduction reaction described later, suppresses deterioration due to temperature, and considers durability.

ここで、触媒部活性化手段としては、例えば、前記触媒部に接触前のガス中の一酸化炭素濃度を高めるべく構成された一酸化炭素濃度調整手段や、前記触媒部の温度を上昇させる触媒部加温手段等があげられる。また、「必要に応じて」の一例としては、燃焼装置の起動時、低燃焼時、あるいは燃焼装置（およびその構成要素）の温度が低い場合等があげられ、本発明にかかる燃焼装置は、このような状態のときに、前記触媒部活性化手段が機能すべく構成されている。   Here, as the catalyst part activating means, for example, a carbon monoxide concentration adjusting means configured to increase the carbon monoxide concentration in the gas before contacting the catalyst part, or a catalyst for raising the temperature of the catalyst part Part heating means and the like. Further, examples of “as needed” include when the combustion apparatus is started, when the combustion is low, or when the temperature of the combustion apparatus (and its constituent elements) is low, and the combustion apparatus according to the present invention includes: In such a state, the catalyst part activating means is configured to function.

また、本発明にかかる燃焼装置においては、前記検出手段が前記触媒部の下流側に設けられている構成が好ましい。   Moreover, in the combustion apparatus concerning this invention, the structure by which the said detection means is provided in the downstream of the said catalyst part is preferable.

さらに、本発明にかかる燃焼装置においては、前記空気比制御手段が、前記検出手段からの検出信号に基づき、前記バーナに供給される空気量および燃料量の少なくとも一方を制御すべく構成されていることが好ましい。   Further, in the combustion apparatus according to the present invention, the air ratio control means is configured to control at least one of an air amount and a fuel amount supplied to the burner based on a detection signal from the detection means. It is preferable.

また、本発明にかかる燃焼装置においては、前記空気比制御手段が、ステッピングモータにて駆動するダンパを用いて、前記バーナに供給される空気量を制御すべく構成されていることが好ましい。   In the combustion apparatus according to the present invention, it is preferable that the air ratio control means is configured to control the amount of air supplied to the burner using a damper driven by a stepping motor.

さらに、本発明にかかる燃焼装置においては、前記空気比制御手段が、送風機の回転数を制御するインバータを用いて、前記バーナに供給される空気量を制御すべく構成されていることが好ましい。   Furthermore, in the combustion apparatus according to the present invention, it is preferable that the air ratio control means is configured to control the amount of air supplied to the burner using an inverter that controls the rotational speed of the blower.

また、本発明にかかる燃焼装置においては、前記空気比制御手段が、燃料供給部に設けられた燃料制御手段を用いて、前記バーナに供給される燃料量を制御すべく構成されていることが好ましい。   Further, in the combustion apparatus according to the present invention, the air ratio control means is configured to control the amount of fuel supplied to the burner using fuel control means provided in a fuel supply unit. preferable.

さらに、本発明にかかる燃焼装置においては、前記バーナが、予混合バーナであることが好ましい。   Furthermore, in the combustion apparatus according to the present invention, the burner is preferably a premix burner.

また、本発明にかかる燃焼装置においては、前記検出手段が、前記ガスの酸素濃度を検出すべく構成されていることが好ましい。   In the combustion apparatus according to the present invention, it is preferable that the detection means is configured to detect an oxygen concentration of the gas.

さらに、本発明にかかる燃焼装置においては、前記触媒部に接触前の前記ガスが、以下の数式に示す濃度比を満足すべく、前記空気比制御手段にて制御されていることが好ましい。
（［ＮＯｘ］＋２［Ｏ_２］）／［ＣＯ］≦２．０
ここで、上記数式において、［ＮＯｘ］、［Ｏ_２］、および［ＣＯ］は、それぞれ窒素酸化物濃度、酸素濃度、および一酸化炭素濃度を示し、［Ｏ_２］＞０の条件を満たすものとする。 Furthermore, in the combustion apparatus according to the present invention, it is preferable that the gas before contacting the catalyst portion is controlled by the air ratio control means so as to satisfy a concentration ratio represented by the following mathematical formula.
([NOx] +2 [O ₂ ]) / [CO] ≦ 2.0
Here, in the above formula, [NOx], [O ₂ ], and [CO] indicate the nitrogen oxide concentration, oxygen concentration, and carbon monoxide concentration, respectively, and satisfy the condition of [O ₂ ]> 0 And

さらに、本発明にかかる燃焼装置においては、前記触媒部に接触前の前記ガスが、以下の数式に示す濃度比を満足すべく、前記空気比制御手段にて制御されていることが好ましい。
（［ＮＯｘ］＋２［Ｏ_２］）／［ＣＯ］≦１．５
ここで、上記数式においては、［ＮＯｘ］、［Ｏ_２］、および［ＣＯ］は、それぞれ窒素酸化物濃度、酸素濃度、および一酸化炭素濃度を示し、［Ｏ_２］＞０の条件を満たすものとする。 Furthermore, in the combustion apparatus according to the present invention, it is preferable that the gas before contacting the catalyst portion is controlled by the air ratio control means so as to satisfy a concentration ratio represented by the following mathematical formula.
([NOx] +2 [O ₂ ]) / [CO] ≦ 1.5
Here, in the above formula, [NOx], [O ₂ ], and [CO] indicate the nitrogen oxide concentration, oxygen concentration, and carbon monoxide concentration, respectively, and satisfy the condition of [O ₂ ]> 0. Shall.

また、本発明は、上記課題を解決するためになされたものであり、連続燃焼によりガスを生成するバーナと、前記ガスから吸熱する吸熱手段とを備えた燃焼装置であって、前記吸熱手段を通過後の前記ガスに含まれる一酸化炭素を酸化すると共に前記窒素酸化物を還元する触媒部と、前記触媒部の下流にて前記ガスの酸素濃度を直接的または間接的に検出する検出手段と、前記検出手段からの検出信号に基づき、前記バーナにおける空気比を制御する空気比制御手段と、必要に応じて、前記触媒部を活性化させる触媒部活性化手段とを有し、前記触媒部に接触前の前記ガスが、以下の数式に示す濃度比を満足すべく、前記空気比制御手段にて制御されていることを特徴としている。
（［ＮＯｘ］＋２［Ｏ_２］）／［ＣＯ］≦２．０
ここで、上記数式においては、［ＮＯｘ］、［Ｏ_２］、および［ＣＯ］は、それぞれ窒素酸化物濃度、酸素濃度、および一酸化炭素濃度を示し、［Ｏ_２］＞０の条件を満たすものとする。 The present invention has been made in order to solve the above-described problems, and is a combustion apparatus including a burner that generates gas by continuous combustion, and a heat absorption means that absorbs heat from the gas, and the heat absorption means A catalyst unit that oxidizes carbon monoxide contained in the gas after passing and reduces the nitrogen oxide; and a detection unit that directly or indirectly detects the oxygen concentration of the gas downstream of the catalyst unit; And an air ratio control means for controlling an air ratio in the burner based on a detection signal from the detection means, and a catalyst part activating means for activating the catalyst part if necessary, and the catalyst part Further, the gas before contact is controlled by the air ratio control means so as to satisfy the concentration ratio shown in the following formula.
([NOx] +2 [O ₂ ]) / [CO] ≦ 2.0
Here, in the above formula, [NOx], [O ₂ ], and [CO] indicate the nitrogen oxide concentration, oxygen concentration, and carbon monoxide concentration, respectively, and satisfy the condition of [O ₂ ]> 0. Shall.

さらに、上述した燃焼装置を構成する前記触媒部は、通気性を有する基材と、前記基材表面に担持された触媒（触媒層）とを用いて構成されている。前記基材は、耐熱性材料（例えば、アルミナ等のセラミック材料、ステンレス等の金属材料等）を用いて構成されており、通気面積を確保すべく、ハニカム構造等の構成を有している。さらに、触媒（酸化触媒）としては白金が用いられるが、必要に応じて、白金に代表される貴金属（Ａｇ，Ａｕ，Ｒｈ，Ｒｕ，Ｐｔ，Ｐｄ）のいずれか、あるいはこれらの酸化物が用いられてもよい。また、触媒としては、これらの貴金属の二種以上のものを併用してもよい。   Furthermore, the catalyst part constituting the combustion apparatus described above is configured using a base material having air permeability and a catalyst (catalyst layer) supported on the surface of the base material. The base material is made of a heat-resistant material (for example, a ceramic material such as alumina, a metal material such as stainless steel), and has a structure such as a honeycomb structure in order to secure a ventilation area. Furthermore, platinum is used as the catalyst (oxidation catalyst), but if necessary, any of noble metals represented by platinum (Ag, Au, Rh, Ru, Pt, Pd) or these oxides are used. May be. Moreover, as a catalyst, you may use together 2 or more types of these noble metals.

本発明によれば、燃焼状態等の違いがあっても安定した低空気比燃焼を行うことによって、省エネルギ化と共に、排出ＮＯｘ値が５ｐｐｍを下回るような極超低ＮＯｘ化と低ＣＯ化とを実現可能な燃焼方法および燃焼装置を得ることができる。   According to the present invention, by performing stable low air ratio combustion even when there is a difference in the combustion state, etc., energy saving, ultra-low NOx reduction and CO reduction such that the exhausted NOx value is less than 5 ppm, A combustion method and a combustion apparatus capable of realizing the above can be obtained.

以下、本発明の実施形態について説明する。   Hereinafter, embodiments of the present invention will be described.

まずは、本発明の実施形態を説明する前に、本明細書において使用する用語について説明する。「ガス」とは、バーナから触媒部を通過し終わるまでのガスをいい、触媒部を通過した後のガスを「排ガス」という。したがって、ガスは、燃焼反応中（燃焼過程）のガスと燃焼反応が完結したガスとを含み、燃焼ガスと称することができる。ここにおいて、触媒部がガスの流れに沿って多段に設けられている場合、「ガス」とは、最終段の触媒部を通過し終わるまでのガスをいい、「排ガス」とは、最終段の触媒部を通過した後のガスをいう。   First, before describing embodiments of the present invention, terms used in this specification will be described. “Gas” refers to the gas from the burner until it finishes passing through the catalyst part, and the gas after passing through the catalyst part is referred to as “exhaust gas”. Therefore, the gas includes a gas in the combustion reaction (combustion process) and a gas in which the combustion reaction is completed, and can be referred to as a combustion gas. Here, when the catalyst part is provided in multiple stages along the gas flow, the “gas” means a gas until it passes through the catalyst part of the final stage, and the “exhaust gas” means the gas of the final stage. The gas after passing through the catalyst part.

また、「触媒部の一次側」とは、触媒部に対しバーナが設けられている側であって、特に断らない限り、ガスがこの触媒部を通過する直前をいい、「触媒部の二次側」とは、触媒部の一次側の反対側をいう。   The “primary side of the catalyst part” is the side where the burner is provided with respect to the catalyst part, and unless otherwise specified, means the gas immediately before passing through the catalyst part. "Side" means the opposite side of the primary side of the catalyst part.

また、「ＨＣを含まない」とは、ガス中に窒素酸化物を還元するＨＣが実質的に含まれていない（測定限界以下である）ことを意味している。   Further, “not containing HC” means that the gas does not substantially contain HC that reduces nitrogen oxides (below the measurement limit).

さらに、空気比ｍは、「ｍ＝２１／（２１−［Ｏ_２］）」と定義する。ただし、［Ｏ_２］は、排ガス中の酸素濃度を表すが、空気比を求める際に用いる［Ｏ_２］は、酸素過剰領域では過剰酸素濃度を表し、燃料過剰領域では一酸化炭素などの未燃ガスを空気比ｍ＝１で燃焼させるのに必要な不足酸素濃度を負の値として表す。 Furthermore, the air ratio m is defined as “m = 21 / (21− [O ₂ ])”. However, [O _2] is an oxygen concentration in the exhaust gas, is used in determining the air ratio [O _2] represents the excess oxygen concentration in the oxygen-excess region, non such as carbon monoxide in the fuel excess region The deficient oxygen concentration required for burning the fuel gas at the air ratio m = 1 is expressed as a negative value.

本実施形態の第一態様にかかる燃焼方法は、バーナを連続燃焼させてガスを生成するガス生成工程と、前記ガスから吸熱する吸熱工程とを備えた燃焼方法であって、前記吸熱工程後、前記一酸化炭素を酸化すると共に前記窒素酸化物を還元する触媒部に対して、前記ガスを接触させる触媒部接触工程と、前記触媒部の下流側および上流側の少なくとも一方にて前記ガスの性状を直接的または間接的に検出する検出工程と、前記検出手段からの検出信号に基づき、前記バーナにおける空気比を制御する空気比制御工程と、必要に応じて、前記触媒部の活性化を行う触媒部活性化工程とを含むことを特徴としている。

The combustion method according to the first aspect of the present embodiment is a combustion method including a gas generation step of continuously burning a burner to generate gas, and an endothermic step of absorbing heat from the gas, and after the endothermic step, A catalyst part contact step in which the gas is brought into contact with a catalyst part that oxidizes the carbon monoxide and reduces the nitrogen oxide, and a property of the gas at least one of the downstream side and the upstream side of the catalyst part A detection step for directly or indirectly detecting the air ratio, an air ratio control step for controlling the air ratio in the burner based on a detection signal from the detection means, and activation of the catalyst unit as necessary. And a catalyst part activation step.

このように構成された燃焼方法によれば、触媒部を経由したガスの性状を検出手段によって検出し、その検出信号に基づいて空気比制御手段を駆動させ、バーナにて安定した低空気比燃焼を実現している。つまり、本実施形態にかかる燃焼方法は、検出手段と空気比制御手段とを用いてフィードバック制御を行うことによって、バックファイア等を起こすことなく、安定した低空気比にてバーナを連続燃焼させている。このような構成によれば、安定した低空気比燃焼を行うことによって、省エネルギ化を実現可能な燃焼方法を得ることができる。加えて、この燃焼方法によれば、触媒部活性化工程において、必要に応じて触媒部の活性化を行っている。したがって、この燃焼方法によれば、安定した低空気比燃焼を行うことによる省エネルギ化と共に、触媒部を活性化させることによって、燃焼状態等の違いが生ずる場合があっても、排出ＮＯｘ値が５ｐｐｍを下回るような極超低ＮＯｘ化と低ＣＯ化とを実現可能な燃焼方法を得ることができる。   According to the combustion method configured as described above, the property of the gas passing through the catalyst portion is detected by the detection means, and the air ratio control means is driven based on the detection signal, and the stable low air ratio combustion by the burner. Is realized. That is, the combustion method according to the present embodiment performs continuous combustion of the burner at a stable low air ratio without causing backfire or the like by performing feedback control using the detection means and the air ratio control means. Yes. According to such a configuration, it is possible to obtain a combustion method capable of realizing energy saving by performing stable low air ratio combustion. In addition, according to this combustion method, the catalyst part is activated as necessary in the catalyst part activation step. Therefore, according to this combustion method, in addition to energy saving by performing stable low air ratio combustion, even if a difference in combustion state or the like may occur due to activation of the catalyst unit, the exhausted NOx value is reduced. A combustion method capable of realizing ultra-low NOx reduction and CO reduction of less than 5 ppm can be obtained.

また、本実施形態の第二態様にかかる燃焼方法は、第一態様において、前記触媒部活性化工程にて、前記ガス中の前記一酸化炭素濃度を高めるべく構成されている。   Moreover, the combustion method concerning the 2nd aspect of this embodiment is comprised so that the said carbon monoxide density | concentration in the said gas may be raised in the said catalyst part activation process in a 1st aspect.

このような構成によれば、例えば、燃焼装置が定常運転時でない等（起動時あるいは低燃焼時等）の理由から、定常運転時（例えば、高燃焼時等）と比較して、触媒部が必要な活性化条件を得られない場合であっても、触媒部に接触する前のガス中の一酸化炭素濃度を高めることによって、効果的に触媒部を活性化させることができる。よって、安定した低空気比燃焼を行うことによる省エネルギ化と共に、触媒部を活性化させることによって、燃焼状態等の違いが生ずる場合があっても、排出ＮＯｘ値が５ｐｐｍを下回るような極超低ＮＯｘ化と低ＣＯ化とを実現可能な燃焼方法を得ることができる。   According to such a configuration, for example, because the combustion apparatus is not in a steady operation (such as at start-up or low combustion), the catalyst unit is compared with a steady operation (eg, during high combustion). Even when the necessary activation conditions cannot be obtained, the catalyst part can be effectively activated by increasing the concentration of carbon monoxide in the gas before contacting the catalyst part. Therefore, in addition to energy saving by performing stable low air ratio combustion, even if there is a case where a difference in the combustion state or the like occurs by activating the catalyst part, it is extremely high that the exhausted NOx value is less than 5 ppm. A combustion method capable of realizing low NOx and low CO can be obtained.

さらに、本実施形態の第三態様にかかる燃焼方法は、第一態様および第二態様において、前記触媒部活性化工程にて、前記触媒部の温度を高めるべく構成されている。   Furthermore, the combustion method according to the third aspect of the present embodiment is configured to increase the temperature of the catalyst part in the catalyst part activation step in the first aspect and the second aspect.

このような構成によれば、上記のように、例えば、燃焼装置が定常運転時でない等の理由から、定常運転時と比較して、触媒部が必要な活性化条件を得られない場合であっても、触媒部の温度を高めることによって、効果的に触媒部を活性化させることができる。よって、安定した低空気比燃焼を行うことによる省エネルギ化と共に、触媒部を活性化させることによって、燃焼状態等の違いが生ずる場合があっても、排出ＮＯｘ値が５ｐｐｍを下回るような極超低ＮＯｘ化と低ＣＯ化とを実現可能な燃焼方法を得ることができる。   According to such a configuration, as described above, for example, when the combustion device is not in steady operation, the catalyst unit cannot obtain a necessary activation condition compared with that in steady operation. However, the catalyst part can be effectively activated by increasing the temperature of the catalyst part. Therefore, in addition to energy saving by performing stable low air ratio combustion, even if there is a case where a difference in the combustion state or the like occurs by activating the catalyst part, it is extremely high that the exhausted NOx value is less than 5 ppm. A combustion method capable of realizing low NOx and low CO can be obtained.

また、本実施形態の第四態様にかかる燃焼方法は、第一態様乃至第三態様において、前記空気比制御工程にて、前記触媒部に接触前の前記ガスが、以下の数式に示す濃度比を満足すべく制御されている。
（［ＮＯｘ］＋２［Ｏ_２］）／［ＣＯ］≦２．０
ここで、上記数式において、［ＮＯｘ］、［Ｏ_２］、および［ＣＯ］は、それぞれ窒素酸化物濃度、酸素濃度、および一酸化炭素濃度を示し、［Ｏ_２］＞０の条件を満たす。 Further, the combustion method according to the fourth aspect of the present embodiment is the concentration ratio represented by the following mathematical formula in the first aspect to the third aspect, wherein the gas before contacting the catalyst part in the air ratio control step: It is controlled to satisfy.
([NOx] +2 [O ₂ ]) / [CO] ≦ 2.0
Here, in the above formula, [NOx], [O ₂ ], and [CO] indicate a nitrogen oxide concentration, an oxygen concentration, and a carbon monoxide concentration, respectively, and satisfy the condition of [O ₂ ]> 0.

さらに、本実施形態の第五態様にかかる燃焼装置は、連続燃焼によりガスを生成するバーナと、ガスから吸熱する吸熱手段とを備えた燃焼装置であって、吸熱手段を通過後のガスに含まれる一酸化炭素を酸化すると共に窒素酸化物を還元する触媒部と、触媒部の下流側および上流側の少なくとも一方にてガスの性状を直接的または間接的に検出する検出手段と、検出手段からの検出信号に基づき、バーナにおける空気比を制御する空気比制御手段と、必要に応じて、触媒部を活性化させる触媒部活性化手段とを有することを特徴としている。   Furthermore, the combustion apparatus according to the fifth aspect of the present embodiment is a combustion apparatus that includes a burner that generates gas by continuous combustion and a heat absorption means that absorbs heat from the gas, and is included in the gas that has passed through the heat absorption means. A catalyst unit that oxidizes carbon monoxide and reduces nitrogen oxides, a detection unit that directly or indirectly detects a gas property on at least one of the downstream side and the upstream side of the catalyst unit, and a detection unit The air ratio control means for controlling the air ratio in the burner based on this detection signal, and the catalyst part activating means for activating the catalyst part if necessary.

このように構成された燃焼装置によれば、触媒部を経由したガスの性状を検出手段によって検出し、その検出信号に基づいて空気比制御手段を駆動させ、バーナにて安定した低空気比燃焼を実現している。つまり、本実施形態にかかる燃焼装置は、検出手段と空気比制御手段とを用いてフィードバック制御を行うことによって、バックファイア等を起こすことなく、安定した低空気比にてバーナを連続燃焼させている。このような構成によれば、安定した低空気比燃焼を行うことによって、省エネルギ化を実現可能な燃焼装置を得ることができる。   According to the combustion apparatus configured in this way, the property of the gas passing through the catalyst unit is detected by the detection means, and the air ratio control means is driven based on the detection signal, and the low air ratio combustion stabilized by the burner. Is realized. That is, the combustion apparatus according to this embodiment performs continuous combustion of the burner at a stable low air ratio without causing backfire or the like by performing feedback control using the detection means and the air ratio control means. Yes. According to such a configuration, a combustion apparatus capable of realizing energy saving can be obtained by performing stable low air ratio combustion.

また、このように構成された燃焼装置によれば、触媒部にて、一酸化炭素を酸化させる酸化反応と、窒素酸化物を一酸化炭素により還元させる還元反応とが行われるため、排出ＮＯｘ値が５ｐｐｍを下回るような極超低ＮＯｘ化と低ＣＯ化とを実現することができる。すなわち、本実施形態にかかる燃焼装置によれば、酸素、窒素酸化物、および一酸化炭素を含むガスを触媒部へ通過させて、この触媒部内にて、酸化反応により酸素を消費して一酸化炭素濃度を低減し、残存する一酸化炭素による還元反応によって窒素酸化物濃度を低減することができる。   Further, according to the combustion apparatus configured as described above, since the oxidation reaction for oxidizing carbon monoxide and the reduction reaction for reducing nitrogen oxide with carbon monoxide are performed in the catalyst unit, the exhausted NOx value Can achieve ultra-low NOx reduction and CO reduction such that the carbon dioxide is less than 5 ppm. That is, according to the combustion apparatus according to the present embodiment, a gas containing oxygen, nitrogen oxides, and carbon monoxide is passed through the catalyst unit, and oxygen is consumed by oxidation reaction in the catalyst unit. The carbon concentration can be reduced, and the nitrogen oxide concentration can be reduced by a reduction reaction with the remaining carbon monoxide.

さらに、このように構成された燃焼装置によれば、触媒部活性化手段を用いて、必要に応じて触媒部の活性化を行っている。このような構成によれば、例えば、燃焼装置が定常運転時でない等（起動時あるいは低燃焼時等）の理由から、定常運転時（例えば、高燃焼時等）と比較して、触媒部が必要な活性化条件を得られない場合であっても、触媒部活性化手段を用いて触媒部を活性化させることができる。したがって、このような構成によれば、安定した低空気比燃焼を行うことによる省エネルギ化と共に、触媒部を活性化させることによって、燃焼状態等の違いが生ずる場合があっても、排出ＮＯｘ値が５ｐｐｍを下回るような極超低ＮＯｘ化と低ＣＯ化とを実現可能な燃焼装置を得ることができる。   Further, according to the combustion apparatus configured as described above, the catalyst unit is activated as necessary using the catalyst unit activating means. According to such a configuration, for example, because the combustion apparatus is not in a steady operation (such as at start-up or low combustion), the catalyst unit is compared with a steady operation (eg, during high combustion). Even when the necessary activation conditions cannot be obtained, the catalyst part can be activated using the catalyst part activating means. Therefore, according to such a configuration, even if there is a case where a difference in the combustion state or the like is caused by activating the catalyst unit together with energy saving by performing stable low air ratio combustion, the exhausted NOx value It is possible to obtain a combustion apparatus that can achieve ultra-low NOx reduction and CO reduction that is less than 5 ppm.

また、本実施形態の第六態様にかかる燃焼装置は、第五態様の構成において、触媒部に接触前のガスが、以下の数式に示す濃度比を満足すべく、空気比制御手段にて制御されている。
（［ＮＯｘ］＋２［Ｏ_２］）／［ＣＯ］≦２．０
ここで、上記数式において、［ＮＯｘ］、［Ｏ_２］、および［ＣＯ］は、それぞれ窒素酸化物濃度、酸素濃度、および一酸化炭素濃度を示し、［Ｏ_２］＞０の条件を満たす。 Further, in the combustion apparatus according to the sixth aspect of the present embodiment, in the configuration of the fifth aspect, the gas before contact with the catalyst unit is controlled by the air ratio control means so as to satisfy the concentration ratio shown in the following formula. Has been.
([NOx] +2 [O ₂ ]) / [CO] ≦ 2.0
Here, in the above formula, [NOx], [O ₂ ], and [CO] indicate a nitrogen oxide concentration, an oxygen concentration, and a carbon monoxide concentration, respectively, and satisfy the condition of [O ₂ ]> 0.

また、本実施形態の第七態様にかかる燃焼装置は、第五態様および第六様の構成において、検出手段が触媒部の下流側に設けられていることを特徴としている。   The combustion apparatus according to the seventh aspect of the present embodiment is characterized in that, in the fifth aspect and the sixth aspect, the detection means is provided on the downstream side of the catalyst unit.

このような構成であれば、触媒部通過後の比較的安定したガスの性状を検出手段にて安定して検出することができる。したがって、このような構成であれば、安定して検出される検出値（ガス性状を示す検出値）に基づいて、空気比制御手段を適切にコントロールすることができる。   With such a configuration, a relatively stable gas property after passing through the catalyst portion can be stably detected by the detection means. Therefore, with such a configuration, the air ratio control means can be appropriately controlled based on the detection value (detection value indicating gas properties) that is stably detected.

さらに、本実施形態の第八態様にかかる燃焼装置は、第五態様乃至第七態様の構成において、空気比制御手段が、検出手段からの検出信号に基づき、バーナに供給される空気量および燃料量の少なくとも一方を制御すべく構成されている。   Furthermore, in the combustion apparatus according to the eighth aspect of the present embodiment, in the configuration of the fifth aspect to the seventh aspect, the air ratio control means is based on the detection signal from the detection means and the amount of air and fuel supplied to the burner It is configured to control at least one of the quantities.

また、本実施形態の第九態様にかかる燃焼装置は、第五態様乃至第八態様の構成において、空気比制御手段が、ステッピングモータにて駆動するダンパを用いて、バーナに供給される空気量を制御すべく構成されている。   Further, in the combustion apparatus according to the ninth aspect of the present embodiment, the amount of air supplied to the burner using the damper driven by the stepping motor by the air ratio control means in the configurations of the fifth aspect to the eighth aspect. Is configured to control.

さらに、本実施形態の第十態様にかかる燃焼装置は、第五態様乃至第九態様の構成において、空気比制御手段が、送風機の回転数を制御するインバータを用いて、前記バーナに供給される空気量を制御すべく構成されている。   Furthermore, in the combustion apparatus according to the tenth aspect of the present embodiment, in the configuration of the fifth aspect to the ninth aspect, the air ratio control means is supplied to the burner using an inverter that controls the rotational speed of the blower. It is configured to control the amount of air.

また、本実施形態の第十一態様にかかる燃焼装置は、第五態様乃至第十態様の構成において、空気比制御手段が、燃料供給部に設けられた燃料制御手段を用いて、バーナに供給される燃料量を制御すべく構成されている。   Further, in the combustion apparatus according to the eleventh aspect of the present embodiment, in the configuration of the fifth aspect to the tenth aspect, the air ratio control means is supplied to the burner using the fuel control means provided in the fuel supply unit. It is configured to control the amount of fuel produced.

さらに、本実施形態の第十二態様にかかる燃焼装置は、第五態様乃至第十一態様の構成において、バーナが予混合バーナであることを特徴とている。   Furthermore, the combustion apparatus according to the twelfth aspect of the present embodiment is characterized in that, in the configuration of the fifth aspect to the eleventh aspect, the burner is a premixed burner.

また、本実施形態の第十三態様にかかる燃焼装置は、第五態様乃至第十二態様の構成において、検出手段が、ガスの酸素濃度を検出すべく構成されている。   Further, the combustion apparatus according to the thirteenth aspect of the present embodiment is configured so that the detection means detects the oxygen concentration of the gas in the configuration of the fifth aspect to the twelfth aspect.

以下、図面に基づき、本発明の実施例にかかる燃焼装置（蒸気ボイラ）について説明する。   Hereinafter, a combustion apparatus (steam boiler) according to an embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings.

図１は、本発明の実施例にかかる蒸気ボイラの縦断面の説明図である。また、図２は、図１のII−II線に沿う横断面の説明図である。   Drawing 1 is an explanatory view of the longitudinal section of the steam boiler concerning the example of the present invention. Moreover, FIG. 2 is explanatory drawing of the cross section which follows the II-II line | wire of FIG.

これらの図１および図２に示すように、本実施例にかかるボイラ１は、平面状の予混合ガス噴出面（平板状で、予混合ガス噴出孔が略同一平面状に形成された燃焼面）を有する完全予混合式のバーナ１０（本発明の「バーナ」に相当）、多数の熱吸収用の水管（伝熱管）２０，２１，２２（本発明の「吸熱手段」に相当）を用いて構成された缶体２、バーナ１０に対して燃焼用空気を送るために設けられた送風機３０、および缶体２内の排ガスをボイラ１外部に排出するために設けられた煙突部４０等を用いて構成されている。また、本実施例においては、缶体２の下流側に設けられた煙突部４０内に、触媒部５０が設けられ、この触媒部５０の下流側に空気比検出手段たる酸素濃度検出器６０（本発明の「検出手段」に相当）が設けられている。さらに、本実施例においては、バーナ１０における空気比を予め定められた設定値に制御する空気比制御手段（詳細は後述する。）を構成する空気比制御部７０が設けられている。また、本実施例においては、バーナ１０の一次側（上流側）に補助燃料供給部８０（本発明の「触媒部活性化手段」に相当）が設けられている。   As shown in FIG. 1 and FIG. 2, the boiler 1 according to this embodiment includes a planar premixed gas ejection surface (a flat combustion surface in which premixed gas ejection holes are formed in substantially the same plane. ) And a fully premixed burner 10 (corresponding to the “burner” of the present invention), and a large number of heat absorbing water tubes (heat transfer tubes) 20, 21, 22 (corresponding to the “heat absorbing means” of the present invention) The can body 2, the blower 30 provided for sending combustion air to the burner 10, and the chimney 40 provided for discharging the exhaust gas in the can body 2 to the outside of the boiler 1 are provided. It is configured using. In the present embodiment, a catalyst unit 50 is provided in a chimney 40 provided on the downstream side of the can body 2, and an oxygen concentration detector 60 (air ratio detection means) (on the downstream side of the catalyst unit 50). (Corresponding to “detection means” of the present invention). Furthermore, in this embodiment, an air ratio control unit 70 is provided that constitutes an air ratio control means (details will be described later) for controlling the air ratio in the burner 10 to a predetermined set value. Further, in this embodiment, an auxiliary fuel supply unit 80 (corresponding to “catalyst unit activation means” of the present invention) is provided on the primary side (upstream side) of the burner 10.

本実施例にかかるボイラ１を構成するバーナ１０は、予混合ガス噴出孔が略同一平面状に形成された予混合ガス噴出面を有する予混合ガスバーナであって、波板と平板とを交互に積層して構成されている。このような構成に基づき、バーナ１０の予混合ガス噴出面（燃焼面）１０ａには、多数の予混合ガス噴出孔が形成されることとなる。なお、詳細な構造等はここでは省略するが、本実施例にかかるバーナ１０は、例えば、特許文献１（特許第３２２１５８２号公報）に記載された「燃焼バーナ」と同様な構成を有している。そして、本実施例においては、このバーナ１０の上流側に、必要に応じてガス燃料を噴出する、補助燃料供給部８０が設けられている。この補助燃料供給部８０は、ボイラ１起動時、あるいは低燃焼時等、触媒部５０に接触前のガス（排ガス）温度が低い場合に、適宜ガス燃料を噴出すべく構成されている。   The burner 10 constituting the boiler 1 according to this embodiment is a premixed gas burner having a premixed gas ejection surface in which premixed gas ejection holes are formed in substantially the same plane, and alternately includes corrugated plates and flat plates. It is configured by stacking. Based on such a configuration, a large number of premixed gas ejection holes are formed in the premixed gas ejection surface (combustion surface) 10 a of the burner 10. Although the detailed structure and the like are omitted here, the burner 10 according to the present embodiment has the same configuration as the “combustion burner” described in, for example, Patent Document 1 (Japanese Patent No. 3221582). Yes. In this embodiment, an auxiliary fuel supply unit 80 is provided on the upstream side of the burner 10 to eject gas fuel as necessary. The auxiliary fuel supply unit 80 is configured to appropriately eject gas fuel when the temperature of the gas (exhaust gas) before contacting the catalyst unit 50 is low, such as when the boiler 1 is started or during low combustion.

また、本実施例にかかるボイラ１を構成する缶体２は、上部管寄せ２４、下部管寄せ２５、およびこれらの上下部管寄せ２４，２５間に立脚して配設された複数の水管（壁面水管２０，壁面側水管２１，中央水管２２）等を用いて構成されている。この缶体２内においては、壁面水管２０、壁面側水管２１、および中央水管２２が、ガス流動方向（缶体２の長手方向）に配置されており、中央水管群（中央水管２２を用いて構成された水管群）を中心として、壁面側水管群（壁面側水管２１を用いて構成された水管群）、および壁面水管群（壁面水管２０を用いて構成された水管群）が構成されている。また、隣り合う水管同士は、千鳥状に配設されている。   In addition, the can body 2 constituting the boiler 1 according to the present embodiment includes an upper header 24, a lower header 25, and a plurality of water tubes (see FIG. A wall surface water pipe 20, a wall surface side water pipe 21, a central water pipe 22) and the like are used. In the can body 2, the wall surface water pipe 20, the wall surface side water pipe 21, and the central water pipe 22 are arranged in the gas flow direction (longitudinal direction of the can body 2), and a central water pipe group (using the central water pipe 22 is used). A wall surface side water tube group (a water tube group configured using the wall surface side water tube 21) and a wall surface water tube group (a water tube group configured using the wall surface water tube 20) are configured around the water tube group configured). Yes. Adjacent water tubes are arranged in a staggered manner.

さらに、図２に示すように、本実施例にかかる缶体２においては、長手方向の両側部に設けられた壁面水管２０と、各壁面水管２０間を連結した連結部２６とを用いて、一対の水管壁２７が構成されている。缶体２は、この一対の水管壁２７と、上下部管寄せ２４，２５とを用いて、略矩形のガス流動空間２９が形成されることとなり、このガス流動空間２９内に、所定間隔を隔てて、壁面側水管２１および中央水管２２が配設されている。   Furthermore, as shown in FIG. 2, in the can body 2 according to the present embodiment, using the wall surface water pipes 20 provided on both side portions in the longitudinal direction and the connecting portions 26 connecting the wall surface water pipes 20, A pair of water pipe walls 27 are formed. In the can body 2, a substantially rectangular gas flow space 29 is formed using the pair of water pipe walls 27 and the upper and lower headers 24 and 25, and a predetermined interval is formed in the gas flow space 29. A wall surface side water pipe 21 and a central water pipe 22 are disposed with a gap therebetween.

本実施例にかかるボイラ１を構成する送風機３０は、バーナ１０に対して燃焼用空気を送るために設けられたものである。送風機３０には、ファン（図示省略）を備えたモータ３９が設けられている。また、この送風機３０とバーナ１０とは、空気供給経路部３１を用いて接続されており、この空気供給経路部３１内には、ステッピングモータ３６にて駆動するダンパ３５が設けられている。本実施例においては、このダンパ３５が、ステッピングモータ３６の回転状態によって、空気供給経路部３１の開口面積を調節すべく機能する。つまり、本実施例においては、送風機３０を構成するモータ３９を駆動させることによって吸気される燃焼用空気が、ダンパ３５によって調節された量だけ（開口面積に応じた量だけ）、空気供給経路部３１を介してバーナ１０へ供給される。なお、本実施例によれば、回転位置制御を確実に行えるステッピングモータ３６を用い、検出空気比が設定空気比に近づくにつれてステッピングモータ３６の送り速度を遅くする制御を採用しているため、設定空気比の近傍における空気比のオーバーシュートおよびハンチングを抑制することができる。   The blower 30 constituting the boiler 1 according to the present embodiment is provided to send combustion air to the burner 10. The blower 30 is provided with a motor 39 provided with a fan (not shown). The blower 30 and the burner 10 are connected using an air supply path portion 31, and a damper 35 that is driven by a stepping motor 36 is provided in the air supply path portion 31. In the present embodiment, the damper 35 functions to adjust the opening area of the air supply path portion 31 according to the rotation state of the stepping motor 36. That is, in this embodiment, the combustion air sucked by driving the motor 39 constituting the blower 30 is the amount adjusted by the damper 35 (the amount corresponding to the opening area), and the air supply path portion. It is supplied to the burner 10 via 31. In addition, according to the present embodiment, the stepping motor 36 that can reliably perform the rotational position control is used, and the control that slows the feed rate of the stepping motor 36 as the detected air ratio approaches the set air ratio is adopted. Overshoot and hunting of the air ratio in the vicinity of the air ratio can be suppressed.

また、この空気供給経路部３１中には、ガス燃料供給管３２（本発明の「燃料供給部」に相当）が設けられており、ガス燃料供給管３２には、ガス燃料の流量を調整する燃料調整弁３３（本発明の「燃料制御手段」に相当）が設けられている。なお、この空気供給経路部３１には、必要に応じて、燃料と空気との混合性を向上させるために絞り部を設けることも可能である。   Further, a gas fuel supply pipe 32 (corresponding to the “fuel supply part” of the present invention) is provided in the air supply path section 31, and the flow rate of the gas fuel is adjusted in the gas fuel supply pipe 32. A fuel adjustment valve 33 (corresponding to “fuel control means” of the present invention) is provided. In addition, in this air supply path part 31, it is also possible to provide a constriction part in order to improve the mixing property of fuel and air as needed.

さらに、本実施例にかかるボイラ１を構成する煙突部４０は、その入口がバーナ１０と対向すべく、缶体２の最下流側に設けられている。したがって、本実施例にかかるボイラ１においては、バーナ１０にて生成されたガスは、缶体２を構成する水管２０，２１，２２と接触した後（接触して熱交換を行った後）、排ガスとして煙突部４０を介してボイラ１外部に排出される。   Furthermore, the chimney 40 constituting the boiler 1 according to the present embodiment is provided on the most downstream side of the can body 2 so that the inlet faces the burner 10. Therefore, in the boiler 1 according to the present embodiment, the gas generated in the burner 10 comes into contact with the water pipes 20, 21, 22 constituting the can body 2 (after contact and heat exchange), The exhaust gas is discharged outside the boiler 1 through the chimney 40.

ただし、先にも説明した通り、本実施例においては、缶体２の下流側（煙突部４０入口側）に、触媒部５０が設けられている。この触媒部５０は、排ガス経路の途中であって、排ガス温度が約１００℃〜３５０℃程度の位置に配置されている。本実施例にかかるボイラ１においては、缶体２内部を経由したガスは、触媒部５０を介して、排ガスとしてボイラ１外部に排出される。本実施例にかかる触媒部５０は、性能が劣化した場合に交換可能なように、着脱自在に装着されている。   However, as described above, in the present embodiment, the catalyst unit 50 is provided on the downstream side of the can body 2 (chimney portion 40 inlet side). The catalyst unit 50 is disposed in the middle of the exhaust gas path at a position where the exhaust gas temperature is about 100 ° C. to 350 ° C. In the boiler 1 according to this embodiment, the gas passing through the inside of the can body 2 is discharged to the outside of the boiler 1 as exhaust gas through the catalyst unit 50. The catalyst unit 50 according to this embodiment is detachably mounted so that it can be replaced when the performance deteriorates.

また、この触媒部５０の下流側には、ジルコニアからなる酸素濃度検出器６０が設けられている。したがって、触媒部５０を経由した排ガスの性状（酸素濃度）は、この酸素濃度検出器６０にて検出されることとなる。ここで、検出された酸素濃度に関する信号は、空気比制御部７０に送信される。なお、本実施例においては、酸素濃度検出器６０として、排出酸素濃度の分解能（Ｏ_２分解能）が５０ｐｐｍで応答時間２ｓｅｃ以下の応答特性の良好なジルコニア式空燃比センサ（Ａ／Ｆセンサ）が用いられている。この酸素濃度検出器６０（Ａ／Ｆセンサ）は、酸素過剰領域では過剰酸素濃度を表し、燃料過剰領域では一酸化炭素等の未燃ガスを空気比ｍ＝１で燃焼させるのに必要な不足酸素濃度を負の値として表す。すなわち、測定される酸素濃度（酸素過剰領域）および一酸化炭素濃度等（燃料過剰領域）から空気比ｍを算出し、この空気比ｍに対応した電流または電圧の出力を得ている。 Further, an oxygen concentration detector 60 made of zirconia is provided on the downstream side of the catalyst unit 50. Therefore, the property (oxygen concentration) of the exhaust gas passing through the catalyst unit 50 is detected by the oxygen concentration detector 60. Here, a signal related to the detected oxygen concentration is transmitted to the air ratio control unit 70. In the present embodiment, the oxygen concentration detector 60 is a zirconia air-fuel ratio sensor (A / F sensor) having a good response characteristic with a resolution of exhaust oxygen concentration (O ₂ resolution) of 50 ppm and a response time of 2 seconds or less. It is used. This oxygen concentration detector 60 (A / F sensor) represents the excess oxygen concentration in the oxygen excess region, and the shortage necessary for burning unburned gas such as carbon monoxide at an air ratio m = 1 in the fuel excess region. The oxygen concentration is expressed as a negative value. That is, the air ratio m is calculated from the measured oxygen concentration (oxygen excess region), carbon monoxide concentration, etc. (fuel excess region), and a current or voltage output corresponding to the air ratio m is obtained.

ここで、図３は、本実施例にかかる触媒部をガスの流れ方向から見た要部構成を示す図である。本実施例にかかる触媒部５０は、ガス中にＨＣが含まれない状態で、ガス中の窒素酸化物を還元する機能を有すべく構成されており、通気性を有する基材に触媒活性物質（触媒材料）が担持されている。そして、この図３に示す触媒部５０は、例えば、次のようにして構成される。   Here, FIG. 3 is a diagram showing a main configuration of the catalyst unit according to the present embodiment as viewed from the gas flow direction. The catalyst unit 50 according to the present embodiment is configured to have a function of reducing nitrogen oxide in the gas without containing HC in the gas. (Catalyst material) is supported. And the catalyst part 50 shown in this FIG. 3 is comprised as follows, for example.

まず、基材として、ステンレス製の平板５１および波板５２を用意し、これらの表面に多数の微小凹凸を形成する。次いで、その表面に触媒材料（図示省略）を担持する。つまり、基材表面に触媒層を形成させる。次いで、触媒を担持させた所定幅の平板５１および波板５２を重ね合わせた状態で、螺旋状に巻回してロール状に形成する。次いで、このロール状に巻回された平板５１および波板５２を側板５３にて包囲し固定する。このようにして、ハニカム構造を有する触媒部５０が構成される。ここで、触媒材料としては、白金が用いられるが、必要に応じて、白金に代表される貴金属（Ａｇ，Ａｕ，Ｒｈ，Ｒｕ，Ｐｔ，Ｐｄ）のいずれか、あるいはこれらの酸化物が用いられてもよい。また、触媒としては、これらの貴金属の二種以上のものを併用してもよい。なお、図３においては、平板５１および波板５２の一部のみを示している。   First, a stainless steel flat plate 51 and corrugated plate 52 are prepared as base materials, and a large number of minute irregularities are formed on these surfaces. Next, a catalyst material (not shown) is supported on the surface. That is, a catalyst layer is formed on the substrate surface. Next, in a state where the flat plate 51 and the corrugated plate 52 having a predetermined width on which the catalyst is supported are overlapped, they are wound spirally to form a roll. Next, the flat plate 51 and the corrugated plate 52 wound in a roll shape are surrounded and fixed by the side plate 53. Thus, the catalyst part 50 which has a honeycomb structure is comprised. Here, platinum is used as the catalyst material, but any of noble metals (Ag, Au, Rh, Ru, Pt, Pd) typified by platinum or an oxide thereof is used as necessary. May be. Moreover, as a catalyst, you may use together 2 or more types of these noble metals. In FIG. 3, only a part of the flat plate 51 and the corrugated plate 52 is shown.

このように構成された本実施例にかかる触媒部５０は、缶体２を構成する水管群を通過した後のＨＣを含まないガスに含まれる一酸化炭素を酸化する機能と共に窒素酸化物を還元する機能を有する。   The catalyst unit 50 according to this embodiment configured as described above reduces nitrogen oxides together with a function of oxidizing carbon monoxide contained in a gas not containing HC after passing through the water tube group constituting the can body 2. Has the function of

また、本実施例における空気比制御手段は、触媒部５０の下流側に設けられた酸素濃度検出器６０からの検出信号を受信する空気比制御部７０と、この空気比制御部７０からの制御信号に基づいて駆動する空気量調整手段および燃料量調整手段の少なくとも一つとを用いて構成されている。つまり、本実施例によれば、酸素濃度検出器６０にて検出されるガス性状（酸素濃度）が、予め定められた設定値となるように、空気比制御手段を用いて、バーナ１０に供給される空気量および燃料量（燃焼ガス量）の少なくとも一方が制御される。   The air ratio control means in the present embodiment includes an air ratio control unit 70 that receives a detection signal from an oxygen concentration detector 60 provided on the downstream side of the catalyst unit 50, and a control from the air ratio control unit 70. It is configured using at least one of an air amount adjusting means and a fuel amount adjusting means that are driven based on the signal. That is, according to the present embodiment, the gas property (oxygen concentration) detected by the oxygen concentration detector 60 is supplied to the burner 10 by using the air ratio control means so that it becomes a predetermined set value. At least one of the air amount and the fuel amount (combustion gas amount) to be performed is controlled.

この図１においては、空気比制御部７０にて制御可能な装置として、送風機３０を構成するモータ３９、ダンパ３５を駆動させるステッピングモータ３６、およびガス燃料供給管３２に設けられた燃料調整弁３３が示されている。本発明は、これらのいずれか一つを用いて、バーナ１０における空気比の制御を行ってもよく、または、これらを複合的に用いて、バーナ１０における空気比の制御を行ってもよい。例えば、送風機３０を構成するモータ３９を利用する場合には、モータ３９に内蔵されている、あるいは空気比制御部７０とモータ３９との間に設けられているインバータ（図示省略）を用いて、送風機３０（モータ３９）の回転数を調整して空気量（延いては空気比）を制御する。また、ダンパ３５を駆動させるステッピングモータ３６を利用する場合には、空気流量調整手段たるダンパ３５の開度位置を、制御信号に基づく駆動パルスの数に応じた量だけ開閉移動（開方向への移動、あるいは閉方向への移動）させることによって、空気供給経路部３１の開口面積に調節し、空気量（延いては空気比）を制御する。さらに、燃料調整弁３３を利用する場合には、制御信号に基づいて、適宜燃料調整弁３３の開度を調整して、ガス燃料供給嵌２から供給されるガス燃料供給量（延いては空気比）を制御する。   In FIG. 1, as devices that can be controlled by the air ratio control unit 70, a motor 39 constituting the blower 30, a stepping motor 36 that drives the damper 35, and a fuel adjustment valve 33 provided in the gas fuel supply pipe 32. It is shown. In the present invention, the air ratio in the burner 10 may be controlled using any one of these, or the air ratio in the burner 10 may be controlled using these in combination. For example, when the motor 39 constituting the blower 30 is used, an inverter (not shown) built in the motor 39 or provided between the air ratio control unit 70 and the motor 39 is used. The amount of air (and thus the air ratio) is controlled by adjusting the rotational speed of the blower 30 (motor 39). When the stepping motor 36 for driving the damper 35 is used, the opening position of the damper 35 serving as the air flow rate adjusting means is opened / closed by an amount corresponding to the number of drive pulses based on the control signal (in the opening direction). By moving or moving in the closing direction), the opening area of the air supply path portion 31 is adjusted to control the air amount (and thus the air ratio). Further, when the fuel adjustment valve 33 is used, the opening amount of the fuel adjustment valve 33 is appropriately adjusted based on the control signal, and the gas fuel supply amount (and hence the air) supplied from the gas fuel supply fitting 2 is adjusted. Ratio).

さて、以上のように構成された本実施例にかかるボイラ（燃焼装置）においては、安定した低空気比燃焼を行うことによって、省エネルギ化を実現している。また、安定した低空気比燃焼を行いつつ、触媒部５０を用いることによって、省エネルギ化と共に、排出ＮＯｘ値が５ｐｐｍを下回るような極超低ＮＯｘ化とＣＯの低減とを実現している。より具体的には、触媒部５０と、この触媒部５０の下流側に設けられたジルコニアからなる酸素濃度検出器６０と、この酸素濃度検出器６０から検出信号を受信して機能する空気比制御手段とを用いて、予め設定された空気比領域（低空気比領域）における燃焼（低空気比燃焼）を実現し、上述した効果を得ている。   Now, in the boiler (combustion device) according to the present embodiment configured as described above, energy saving is realized by performing stable low air ratio combustion. In addition, by using the catalyst unit 50 while performing stable low air ratio combustion, it is possible to achieve ultra-low NOx reduction and CO reduction such that the exhausted NOx value falls below 5 ppm as well as energy saving. More specifically, the catalyst unit 50, an oxygen concentration detector 60 made of zirconia provided on the downstream side of the catalyst unit 50, and an air ratio control that functions by receiving a detection signal from the oxygen concentration detector 60. By using the means, combustion (low air ratio combustion) in a preset air ratio region (low air ratio region) is realized, and the above-described effects are obtained.

以下においては、本実施例における極超低ＮＯｘ化とＣＯの低減とを実現するためのプロセス、およびガス性状の制御方法等について、具体的に説明する。   In the following, a process for realizing ultra-low NOx reduction and CO reduction in the present embodiment, a gas property control method, and the like will be specifically described.

本実施例においては、一酸化炭素を酸化させる酸化反応と窒素酸化物を一酸化炭素により還元させる還元反応とを生じる触媒部５０を用い、酸素、窒素酸化物、および一酸化炭素を含むガスを触媒部５０へ通過させ、この触媒部５０内にて酸化反応により酸素を消費して一酸化炭素濃度を低減し、消費しきれない一酸化炭素による還元反応によって窒素酸化物濃度を低減している。ここで、触媒部５０の一次側におけるガス（触媒部５０に接触前のガス）は、空気比制御手段等を用いて、酸素、窒素酸化物、および一酸化炭素のそれぞれの所定濃度が以下の数１を満たすように制御されている。   In this embodiment, a catalyst unit 50 that generates an oxidation reaction for oxidizing carbon monoxide and a reduction reaction for reducing nitrogen oxide with carbon monoxide is used, and a gas containing oxygen, nitrogen oxide, and carbon monoxide is used. The oxygen is consumed by oxidation reaction in the catalyst unit 50 to reduce the carbon monoxide concentration, and the nitrogen oxide concentration is reduced by the reduction reaction with carbon monoxide that cannot be consumed. . Here, the gas on the primary side of the catalyst unit 50 (the gas before contacting the catalyst unit 50) has a predetermined concentration of oxygen, nitrogen oxide, and carbon monoxide, using air ratio control means or the like. Control is performed so as to satisfy Equation (1).

〔数１〕 （［ＮＯx］＋２［Ｏ_２］）／［ＣＯ］≦２．０
上記数１において、［ＮＯｘ］、［Ｏ_２］、および［ＣＯ］は、それぞれ窒素酸化物濃度、酸素濃度、および一酸化炭素濃度を示し、［Ｏ_２］＞０の条件を満たす。 [Equation 1] ([NOx] +2 [O ₂ ]) / [CO] ≦ 2.0
In the above formula 1, [NOx], [O ₂ ], and [CO] indicate the nitrogen oxide concentration, oxygen concentration, and carbon monoxide concentration, respectively, and satisfy the condition of [O ₂ ]> 0.

ここで、（［ＮＯx］＋２［Ｏ_２］）／［ＣＯ］の値（濃度比の値）は、２．０以下としているが、この濃度比の値は、１．５以下とすることが好ましい。また、窒素酸化物濃度（［ＮＯx］）は、一酸化窒素濃度（［ＮＯ］）と二酸化窒素濃度（［ＮＯ_２］）との合計濃度である。また、以下においては、上記数１を満たす窒素酸化物濃度、酸素濃度、および一酸化炭素濃度の濃度比を「所定濃度比」という。 Here, the value of ([NOx] +2 [O ₂ ]) / [CO] (concentration ratio value) is 2.0 or less, but the concentration ratio value may be 1.5 or less. preferable. The nitrogen oxide concentration ([NOx]) is the total concentration of the nitric oxide concentration ([NO]) and the nitrogen dioxide concentration ([NO ₂ ]). In the following, the concentration ratio of the nitrogen oxide concentration, the oxygen concentration, and the carbon monoxide concentration satisfying the above equation 1 is referred to as “predetermined concentration ratio”.

上記数１に示す所定濃度比を有するガスが触媒部５０を通過すると、ガス中の窒素酸化物の排出量は、５ｐｐｍ以下の零に近い値に低減される。また、一酸化炭素の排出量は、５０ｐｐｍ以下に低減される。   When the gas having the predetermined concentration ratio shown in the above equation 1 passes through the catalyst unit 50, the discharge amount of nitrogen oxide in the gas is reduced to a value close to zero of 5 ppm or less. Moreover, the emission amount of carbon monoxide is reduced to 50 ppm or less.

この低減作用は、次のようにして行われると考えられる。触媒部５０では、主反応として、一酸化炭素を酸化させる酸化反応と窒素酸化物を一酸化炭素により還元させる還元反応とが生じている。そして、触媒部５０における反応（触媒反応）において、酸素存在下では、酸化反応が還元反応よりも優位であり、酸化反応に基づき、一酸化炭素は酸素により消費されて、濃度調整された後、還元反応により窒素酸化物を還元する。この説明は、簡略化したものである。実際は、酸化反応は、還元反応と競合反応であるが、一酸化炭素と酸素との反応が酸素存在下において還元反応と比較し見かけ上速く起こるため、第一段階で一酸化炭素の酸化（酸化反応）が行われ、第二段階で窒素酸化物が還元（還元反応）されると考えられる。   This reduction action is considered to be performed as follows. In the catalyst unit 50, an oxidation reaction for oxidizing carbon monoxide and a reduction reaction for reducing nitrogen oxide with carbon monoxide are generated as main reactions. In the reaction in the catalyst unit 50 (catalytic reaction), in the presence of oxygen, the oxidation reaction is superior to the reduction reaction. Based on the oxidation reaction, carbon monoxide is consumed by oxygen and the concentration is adjusted. Nitrogen oxide is reduced by a reduction reaction. This description is simplified. Actually, the oxidation reaction is a reduction reaction and a competitive reaction. However, since the reaction between carbon monoxide and oxygen occurs apparently faster than the reduction reaction in the presence of oxygen, the oxidation of carbon monoxide (oxidation) occurs in the first stage. It is considered that nitrogen oxide is reduced (reduction reaction) in the second stage.

要するに、触媒部５０において、酸素の存在下では、ＣＯ＋１／２Ｏ_２→ＣＯ_２なる酸化反応により酸素が消費され、残りのＣＯを用いて、２ＣＯ＋２ＮＯ→Ｎ_２＋２ＣＯ_２なる還元反応により窒素酸化物が還元されて、排出窒素酸化物濃度が低減される。 In short, in the catalyst unit 50, in the presence of oxygen, oxygen is consumed by an oxidation reaction of CO + 1 / 2O ₂ → CO _{2, and} nitrogen oxides are reduced by a reduction reaction of 2CO + 2NO → N ₂ + 2CO ₂ using the remaining CO. Reduced to reduce the exhaust nitrogen oxide concentration.

ここで、上記数１における［ＮＯｘ］は、先にも説明した通り、一酸化窒素濃度（ＮＯ）と二酸化窒素濃度（ＮＯ_２）との合計濃度である。前記の反応式（２ＣＯ＋２ＮＯ→Ｎ_２＋２ＣＯ_２）の説明において、ＮＯｘを用いることなく、ＮＯを用いているのは、高温場での生成窒素酸化物の組成は、主成分がＮＯであり、ＮＯ_２は数％に過ぎず、［ＮＯ］にて近似的に説明することができるからである。ＮＯ_２は、存在してもＮＯと同様にＣＯにより還元されると考えられる。 Here, [NOx] in the above equation 1 is the total concentration of the nitrogen monoxide concentration (NO) and the nitrogen dioxide concentration (NO ₂ ) as described above. In the explanation of the above reaction formula (2CO + 2NO → N ₂ + 2CO ₂ ), NO is used without using NOx. The composition of the generated nitrogen oxide in a high temperature field is NO, the main component is NO. _{This is because 2} is only a few percent and can be approximately described by [NO]. Even if NO ₂ is present, it is considered that it is reduced by CO in the same manner as NO.

ところで、上記数１を満足する条件の一つとして、（［ＮＯx］＋２［Ｏ_２］）／［ＣＯ］の値（所定濃度比の値）が「１」である場合、理論上は、触媒部５０から排出される酸素濃度、窒素酸化物濃度、および一酸化炭素濃度を零とすることができる。しかしながら、実験上は、わずかに一酸化炭素が排出されることもある。そして、上記所定濃度比（（［ＮＯx］＋２［Ｏ_２］）／［ＣＯ］）の値が１よりも小さい場合は、一酸化炭素の濃度が窒素酸化物の還元に必要な濃度以上に存在するので、排出酸素濃度が零となって、触媒部５０通過後のガス中には一酸化炭素が残留することとなる。このような場合には、この残留一酸化炭素を酸化する酸化手段を更に設けることが好ましい。この酸化手段としては、触媒部５０と別個の触媒部を設け、この新たな触媒部の上流側へ酸素を投入して一酸化炭素を酸化するように構成することができる。 By the way, as one of the conditions satisfying the above equation 1, when the value of ([NOx] +2 [O ₂ ]) / [CO] (value of the predetermined concentration ratio) is “1”, theoretically, the catalyst The oxygen concentration, nitrogen oxide concentration, and carbon monoxide concentration discharged from the unit 50 can be made zero. However, experimentally, a small amount of carbon monoxide may be emitted. When the value of the predetermined concentration ratio (([NOx] +2 [O ₂ ]) / [CO]) is smaller than 1, the concentration of carbon monoxide is higher than the concentration necessary for the reduction of nitrogen oxides. As a result, the exhaust oxygen concentration becomes zero, and carbon monoxide remains in the gas after passing through the catalyst unit 50. In such a case, it is preferable to further provide an oxidizing means for oxidizing the residual carbon monoxide. As this oxidizing means, a catalyst part separate from the catalyst part 50 can be provided, and oxygen can be introduced upstream of the new catalyst part to oxidize carbon monoxide.

また、上記数１における所定濃度比の値「２．０」は、実験的に得られた値であるが、次の理由によると考えられる。触媒部５０中で生じている反応は、完全に解明されておらず、前記酸化反応および前記還元反応の主反応以外に、副反応が生じていることが考えられる。この副反応の一つとして、蒸気と一酸化炭素との反応により水素が生じ、この水素により窒素酸化物および酸素が還元される反応が考えられる。このように、前記所定濃度比の値は、触媒部５０中の主反応以外の反応により、若干の変動を生ずることが考えられる。   Further, the value “2.0” of the predetermined concentration ratio in the above equation 1 is an experimentally obtained value, which is considered to be due to the following reason. The reaction occurring in the catalyst unit 50 has not been completely elucidated, and it is considered that side reactions have occurred in addition to the main reactions of the oxidation reaction and the reduction reaction. As one of these side reactions, hydrogen is generated by the reaction between steam and carbon monoxide, and a reaction in which nitrogen oxides and oxygen are reduced by this hydrogen can be considered. Thus, it is considered that the value of the predetermined concentration ratio varies slightly due to reactions other than the main reaction in the catalyst unit 50.

さらに、上記数１を満たすという条件下で、触媒部５０の一次側の酸素濃度Ｏ_２を０％＜Ｏ_２≦１．００％とすると、空気比はほぼ１となり、排出濃度が零に近い低ＮＯｘと低ＣＯに加えて省エネルギが実現され、低公害で、省エネルギの燃焼装置を提供することができる。 Further, if the oxygen concentration O ₂ on the primary side of the catalyst unit 50 is 0% <O ₂ ≦ 1.00% under the condition that the above equation 1 is satisfied, the air ratio is approximately 1 and the exhaust concentration is close to zero. Energy saving is realized in addition to low NOx and low CO, and a low-pollution and energy-saving combustion apparatus can be provided.

また、本実施例においては、上述したように、バーナ１０の上流側に必要に応じてガス燃料を噴出する、補助燃料供給部８０が設けられている。この補助燃料供給部８０は、ボイラ１起動時、あるいは低燃焼時等、触媒部５０に接触前のガス（排ガス）温度が低い場合に、適宜ガス燃料を噴出すべく構成されている。   Further, in the present embodiment, as described above, the auxiliary fuel supply unit 80 is provided on the upstream side of the burner 10 to eject gas fuel as necessary. The auxiliary fuel supply unit 80 is configured to appropriately eject gas fuel when the temperature of the gas (exhaust gas) before contacting the catalyst unit 50 is low, such as when the boiler 1 is started or during low combustion.

一般に、ボイラ等の燃焼装置は、低燃焼および高燃焼を含む三位置制御等が行われている。つまり、必要に応じて、一つの缶体内（燃焼領域内）で複数の燃焼量における運転が行われている。このように、一つの缶体内で異なる燃焼量の運転が行われる場合、通常は、高燃焼時の低ＮＯｘ化を図るべく、触媒部５０等の設計が行われる。しかしながら、このような構成によれば、高燃焼時以外（例えば低燃焼時、起動時等）においては、高燃焼時と同様のＮＯｘ低減を図ることは困難となる。これは、低燃焼時や起動時等は、高燃焼時よりもガス（排ガス）温度が低いことに起因する。すなわち、ガス温度が低いことによって、触媒部５０が適切に機能せず、高燃焼時と同様のＮＯｘ低減を図れなくなる。   In general, in a combustion apparatus such as a boiler, three-position control including low combustion and high combustion is performed. That is, the operation in a plurality of combustion amounts is performed in one can (in the combustion region) as necessary. As described above, when the operation with different combustion amounts is performed in one can, the design of the catalyst unit 50 and the like is usually performed in order to achieve low NOx during high combustion. However, according to such a configuration, it is difficult to achieve the same NOx reduction as during high combustion except during high combustion (for example, during low combustion, during startup, etc.). This is because the gas (exhaust gas) temperature is lower at the time of low combustion or at the time of startup than at the time of high combustion. That is, due to the low gas temperature, the catalyst unit 50 does not function properly, and NOx reduction similar to that during high combustion cannot be achieved.

そこで、本実施例においては、起動時や低燃焼時に、ガス温度を高めるべく、バーナ１０の一次側（上流側）に補助燃料供給部８０が設けられている。この補助燃料供給部８０は、触媒部５０の温度等に基づき、ガス温度の昇温が必要と判断された場合に、ガスを供給して（部分的な拡散燃焼を形成して）、ガス中の一酸化炭素濃度を高め、反応後のガス温度を上昇させる。   Therefore, in this embodiment, the auxiliary fuel supply unit 80 is provided on the primary side (upstream side) of the burner 10 in order to increase the gas temperature at the time of start-up and low combustion. The auxiliary fuel supply unit 80 supplies gas (forms partial diffusion combustion) when it is determined that the gas temperature needs to be raised based on the temperature of the catalyst unit 50, etc. The concentration of carbon monoxide is increased, and the gas temperature after the reaction is increased.

本実施例にかかるボイラ１は、以上のように構成されており、この構成に基づき、そのボイラ1内部では、次のような燃焼状態が形成される。   The boiler 1 according to the present embodiment is configured as described above, and based on this configuration, the following combustion state is formed in the boiler 1.

まず、ガス燃料供給管３２から供給されたガス燃料と、送風機３０から供給された空気とが、空気供給経路部３１中で混合され、ここで混合された予混合ガス（以下、排ガスを含んだ予混合ガスも単に「予混合ガス」という。）がバーナ１０に供給される。ここで、ガス燃料供給管３２からは、ボイラ１にて必要とされる燃焼量のガス燃料が供給される。このガス燃料の供給量の調整は、燃料調整弁３３によって行われる。送風機３０からは、予混合ガスの空気比が設定空気比（ほぼ１）となるように、空気が供給される。   First, the gas fuel supplied from the gas fuel supply pipe 32 and the air supplied from the blower 30 are mixed in the air supply path 31 and mixed here, and the premixed gas (hereinafter, including exhaust gas) is mixed. The premixed gas is also simply referred to as “premixed gas”). Here, from the gas fuel supply pipe 32, a combustion amount of gas fuel required by the boiler 1 is supplied. The adjustment of the supply amount of the gas fuel is performed by the fuel adjustment valve 33. Air is supplied from the blower 30 so that the air ratio of the premixed gas becomes the set air ratio (approximately 1).

バーナ１０の予混合ガス噴出面１０ａから噴出された予混合ガス等は、着火手段（図示省略）により着火され、バーナ１０にて火炎を伴う燃焼反応中のガスＦが形成される。予混合ガス等は、バーナ１０から、缶体２内の水管２０，２１，２２に対して、略垂直となるように（直交するように）噴出されているため、燃焼反応中のガスＦは、缶体２内の水管２０，２１，２２と交差するように接触を繰り返して（水管と熱交換を行った後）、排ガスとなる。そして、この排ガスは、缶体２の最下流側に設けられた煙突部４０を介してボイラ１外部に排出される。   The premixed gas or the like ejected from the premixed gas ejection surface 10a of the burner 10 is ignited by ignition means (not shown), and a gas F undergoing a combustion reaction accompanied by a flame is formed in the burner 10. Since the premixed gas and the like are ejected from the burner 10 so as to be substantially vertical (perpendicular to) the water tubes 20, 21, and 22 in the can 2, the gas F during the combustion reaction is The contact is repeated so as to intersect with the water pipes 20, 21, 22 in the can body 2 (after heat exchange with the water pipes) to become exhaust gas. And this exhaust gas is discharged | emitted outside the boiler 1 via the chimney part 40 provided in the most downstream side of the can body 2. FIG.

この際、排ガスの性状は、煙突部４０入口付近に設けられた酸素濃度検出器６０によって検出され、ここで検出された検出信号は空気比制御部７０に送信される。本実施例にかかる空気比制御部７０は、この制御信号に基づき、バーナにて生成されるガスが所定の設定空気比にて連続安定燃焼を行うように、例えば、ステッピングモータ３６の駆動量（ダンパ３５の開閉移動量）を制御して、空気供給経路部３１の開口面積を調節する。   At this time, the property of the exhaust gas is detected by an oxygen concentration detector 60 provided near the entrance of the chimney 40, and the detection signal detected here is transmitted to the air ratio controller 70. Based on this control signal, the air ratio control unit 70 according to the present embodiment, for example, drives the stepping motor 36 so that the gas generated by the burner performs continuous stable combustion at a predetermined set air ratio ( The opening / closing movement amount of the damper 35 is controlled to adjust the opening area of the air supply path portion 31.

また、ボイラ１の起動時あるいは低燃焼時においては、補助燃料供給部８０からガスを供給して（部分的な拡散燃焼を形成して）、ガス中の一酸化炭素濃度を適切な濃度に調整する。本実施例においては、触媒部５０の温度等を検出して、この温度等に基づき、ガス温度の昇温が必要と判断された場合には、ガスを供給して（部分的な拡散燃焼を形成して）、ガス中の一酸化炭素濃度を高め、反応後のガス温度を上昇させる。また、起動時あるいは低燃焼時であっても、触媒部５０が適切な温度に維持されている場合には、補助燃料供給部８０からのガス供給を行わないように構成されている。   Further, when the boiler 1 is started up or at low combustion, gas is supplied from the auxiliary fuel supply unit 80 (partial diffusion combustion is formed), and the carbon monoxide concentration in the gas is adjusted to an appropriate concentration. To do. In this embodiment, the temperature of the catalyst unit 50 is detected, and if it is determined that the gas temperature needs to be raised based on this temperature, etc., gas is supplied (partial diffusion combustion is performed). Forming) to increase the concentration of carbon monoxide in the gas and increase the gas temperature after the reaction. Further, the gas supply from the auxiliary fuel supply unit 80 is not performed when the catalyst unit 50 is maintained at an appropriate temperature even at the time of startup or low combustion.

さて、ここで、バーナ１０の構成および設定空気比等について説明する。   Now, the configuration of the burner 10 and the set air ratio will be described.

本実施例にかかるバーナ１０は、ガス燃料を予混合燃焼させる予混合バーナであることが好ましい。触媒部５０にて、上述した酸化反応および還元反応を効果的に生じさせるには、酸素、窒素酸化物、および一酸化炭素に関する濃度比が、上記数１で示すような濃度比であることが重要となる。その点、バーナ１０を予混合バーナとすれば、低Ｏ_２領域でバーナ１０における濃度比を比較的容易に数１で示す濃度比とすることができる。しかしながら、本発明はこの構成に限定されず、触媒部５０の一次側（上流側）のガス中における酸素、窒素酸化物、および一酸化炭素が均一に混合され、それぞれの濃度を数１で示した所定濃度とする制御が可能であれば、予混合バーナ以外のバーナを用いてもよい。 The burner 10 according to the present embodiment is preferably a premix burner that premixes and burns gas fuel. In order to effectively cause the above-described oxidation reaction and reduction reaction in the catalyst unit 50, the concentration ratio regarding oxygen, nitrogen oxide, and carbon monoxide should be a concentration ratio as shown in the above formula 1. It becomes important. In that respect, if the burner 10 is a premixed burner, the concentration ratio in the burner 10 can be made relatively easy to be the concentration ratio expressed by Equation 1 in the low O ₂ region. However, the present invention is not limited to this configuration, and oxygen, nitrogen oxides, and carbon monoxide in the gas on the primary side (upstream side) of the catalyst unit 50 are uniformly mixed. If it is possible to control to a predetermined concentration, a burner other than the premix burner may be used.

数１を満たす条件下で、触媒部５０へ流入する前のガスの酸素濃度Ｏ_２が０％＜Ｏ_２≦１．００％となるように低空気比で燃焼させると、触媒部５０の二次側の酸素濃度をほぼ零にすることができる。触媒部５０へ流入する前のガスの酸素濃度Ｏ_２が０％＜Ｏ_２≦１．００％の場合、バーナ１０における空気比は、ほぼ１（設定空気比）となる。このような構成とすれば、極めて低い空気比によりバーナ１０を燃焼させて、排出濃度が零に近い極超低ＮＯｘと低ＣＯに加えて省エネルギ化が実現され、低公害で、省エネルギのボイラ（燃焼装置）を得ることができる。 If combustion is performed at a low air ratio so that the oxygen concentration O ₂ of the gas before flowing into the catalyst unit 50 satisfies 0% <O ₂ ≦ 1.00% under the condition satisfying Equation 1, _two of the catalyst units 50 The oxygen concentration on the secondary side can be made substantially zero. When the oxygen concentration O ₂ of the gas before flowing into the catalyst unit 50 is 0% <O ₂ ≦ 1.00%, the air ratio in the burner 10 is approximately 1 (set air ratio). With such a configuration, the burner 10 is burned with an extremely low air ratio, and energy saving is realized in addition to ultra-low NOx and low CO whose exhaust concentration is close to zero. A boiler (combustion device) can be obtained.

つまり、本実施例においては、バーナ１０における設定空気比をほぼ１（換言すれば、触媒部５０へ流入する前のガスの酸素濃度Ｏ_２が０％＜Ｏ_２≦１．００％）とすべく、空気比制御手段による制御を行う。空気比制御手段を構成する空気比制御部７０は、予め空気比制御プログラムを搭載し、酸素濃度検出器６０からの検出信号に基づき、例えば、ステッピングモータ３６の駆動量を制御して、空気比をほぼ１に制御する。 That is, in the present embodiment, the set air ratio in the burner 10 is approximately 1 (in other words, the oxygen concentration O ₂ of the gas before flowing into the catalyst unit 50 is 0% <O ₂ ≦ 1.00%). Therefore, control by the air ratio control means is performed. The air ratio control unit 70 constituting the air ratio control means is preinstalled with an air ratio control program and controls the driving amount of the stepping motor 36 based on the detection signal from the oxygen concentration detector 60, for example. Is controlled to approximately 1.

空気比制御プログラムは、例えば、検出空気比（または検出酸素濃度）と設定空気比（設定酸素濃度）との差に応じて、ステッピングモータ３６の単位時間当たり駆動量（１駆動単位当たりの時間で表現することができる。）を変える第一制御帯と、この第一制御帯の外側において単位時間当たりの駆動量を固定の所定値とする第二制御帯とを設けて、ステッピングモータ３６の駆動量を制御するように構成される。   The air ratio control program, for example, according to the difference between the detected air ratio (or detected oxygen concentration) and the set air ratio (set oxygen concentration), the driving amount per unit time of the stepping motor 36 (time per drive unit). And a second control band having a fixed driving amount per unit time outside the first control band, and driving the stepping motor 36. Configured to control the amount.

以上説明したように、本実施例にかかるボイラ１（燃焼装置）は、上述したように構成され機能するため、次のような効果を得ることができる。すなわち、本実施例によれば、安定した低空気比燃焼を行うことによって、省エネルギ化を実現可能なボイラ１（燃焼装置）を得ることができる。また、本実施例によれば、安定した低空気比燃焼を行うことによって、省エネルギ化と共に、排出ＮＯｘ値が５ｐｐｍを下回るような極超低ＮＯｘ化と低ＣＯ化とを実現可能なボイラ１（燃焼装置）を得ることができる。また、本実施例によれば、上述した数１等を満たしたガスを生成し、酸素濃度検出器６０にて酸素濃度（Ｏ_２＝０％）をモニタリングすることにより、窒素酸化物濃度を実質的に零にすることができる。 As described above, since the boiler 1 (combustion device) according to the present embodiment is configured and functions as described above, the following effects can be obtained. That is, according to the present embodiment, it is possible to obtain the boiler 1 (combustion device) capable of realizing energy saving by performing stable low air ratio combustion. In addition, according to the present embodiment, the boiler 1 that can achieve ultra-low NOx reduction and CO reduction such that the exhausted NOx value falls below 5 ppm as well as energy saving by performing stable low air ratio combustion. (Combustion device) can be obtained. Further, according to the present embodiment, the gas satisfying the above-described equation 1 is generated, and the oxygen concentration detector 60 monitors the oxygen concentration (O ₂ = 0%), thereby substantially reducing the nitrogen oxide concentration. Can be zero.

さらに、本実施例にかかるボイラ１（燃焼装置）は、本来、ガス（排ガス）温度が低下して、触媒部５０における活性が不十分である、起動時や低燃焼時においても、補助燃料供給部８０（触媒部活性化手段）を設けることにより、ガス中の一酸化炭素の濃度を高めることによって、ガス温度を上昇させることができる。したがって、本実施例によれば、安定した低空気比燃焼を行うことによる省エネルギ化と共に、触媒部５０を活性化させることによって、燃焼状態等の違いが生ずる場合があっても、排出ＮＯｘ値が５ｐｐｍを下回るような極超低ＮＯｘ化と低ＣＯ化とを実現可能な燃焼方法を得ることができる。   Furthermore, the boiler 1 (combustion device) according to the present embodiment has a gas (exhaust gas) temperature that is originally lowered, and the activity in the catalyst unit 50 is insufficient. By providing the part 80 (catalyst part activating means), the gas temperature can be increased by increasing the concentration of carbon monoxide in the gas. Therefore, according to the present embodiment, in addition to energy saving by performing stable low air ratio combustion, even if a difference in combustion state or the like may occur by activating the catalyst unit 50, the exhausted NOx value Can achieve a combustion method capable of realizing ultra-low NOx reduction and CO reduction such that NO is less than 5 ppm.

ところで、白金にて構成された触媒部を用いる場合、ＣＯを酸化（浄化）させるために必要な温度（触媒部におけるＣＯの活性化温度）は約１００℃、ＮＯｘを還元（浄化）させるために必要な温度（触媒部におけるＮＯｘの活性化温度）は約１５０℃である。したがって、排ガス温度が１５０℃を超える場合、または排ガス温度が低くても（１５０℃未満であっても）ＣＯが多量に存在する場合（ＣＯ（の反応熱）によって触媒部が１５０℃以上に昇温される場合）には、ＣＯの酸化およびＮＯｘの還元は触媒部にて適切に行われる。しかしながら、排ガス温度が低く（１５０℃未満で）、ＣＯが少ない場合（ＣＯ（の反応熱）によっても触媒部が１５０℃以上に昇温されない場合）には、全てのＮＯｘを浄化することはできない。仮に、１００℃未満であれば、ＣＯについても全てを浄化することはできない。そこで、上述した実施形態および実施例は、排ガス温度が低く（１５０℃未満で）、ＣＯが少ない場合（ＣＯ（の反応熱）によっても触媒部が１５０℃以上に昇温されない場合）において、補助燃料供給部８０を作動させることによってＣＯを導入し、このＣＯの反応熱により触媒部を１５０℃以上に昇温させることを目的として構成されている。   By the way, when using a catalyst part composed of platinum, the temperature necessary for oxidizing (purifying) CO (the activation temperature of CO in the catalyst part) is about 100 ° C., and for reducing (purifying) NOx. The required temperature (the activation temperature of NOx in the catalyst section) is about 150 ° C. Therefore, if the exhaust gas temperature exceeds 150 ° C, or even if the exhaust gas temperature is low (less than 150 ° C), a large amount of CO is present (the reaction heat of CO (the reaction heat) causes the catalyst part to rise to 150 ° C or higher). When heated, the oxidation of CO and the reduction of NOx are appropriately performed in the catalyst section. However, when the exhaust gas temperature is low (below 150 ° C.) and the amount of CO is small (when the temperature of the catalyst part is not raised to 150 ° C. or higher by CO (the reaction heat)), all NOx cannot be purified. . If it is less than 100 ° C., it is impossible to purify all of CO. Therefore, the above-described embodiments and examples are supplementary when the exhaust gas temperature is low (below 150 ° C.) and the amount of CO is low (when the temperature of the catalyst part is not raised to 150 ° C. or higher even by the CO (reaction heat)). It is configured for the purpose of introducing CO by operating the fuel supply unit 80 and raising the temperature of the catalyst unit to 150 ° C. or higher by the reaction heat of the CO.

（実験例１）
以下に、具体的な実験例を示す。ただし、この実験例１は、補助燃料供給部８０を作動させていない場合（定常運転時）についての実験例である。実験例１は、単位時間当たりの蒸発量が８００ｋｇであるボイラ１（ＳＱ−８００：三浦工業株式会社製）において、燃焼量４５．２ｍ^３Ｎ／ｈのバーナ１０と、触媒活性物質としてＰｔを２．０ｇ／Ｌの割合で担持した体積１０Ｌ、内径３６０ｍｍの触媒部５０とを設置した場合について示す。本実験例においては、このようなボイラ１等を用いて、設定空気比を「１」とした場合、触媒部５０の一次側における一酸化炭素濃度、窒素酸化物濃度、および酸素濃度の１０分間の平均値は、それぞれ２２９５ｐｐｍ、９４ｐｐｍ、および１６５５ｐｐｍに調整され、触媒部５０の二次側における一酸化炭素濃度、窒素酸化物濃度、および酸素濃度の１０分間の平均値は、それぞれ１３ｐｐｍ、０．３ｐｐｍ、および１００ｐｐｍ未満となった。ここで、触媒部５０の二次側の酸素濃度１００ｐｐｍは、酸素濃度の測定限界である（酸素濃度測定装置（ＰＧ−２５０）：株式会社堀場製作所製）。 (Experimental example 1)
A specific experimental example is shown below. However, this Experimental Example 1 is an experimental example when the auxiliary fuel supply unit 80 is not operated (during steady operation). In Experimental Example 1, in a boiler 1 (SQ-800: manufactured by Miura Kogyo Co., Ltd.) having an evaporation amount of 800 kg per unit time, a burner 10 having a combustion amount of 45.2 m ³ N / h and Pt as a catalytically active substance are used. A case where a catalyst portion 50 having a volume of 10 L and an inner diameter of 360 mm supported at a rate of 2.0 g / L is installed will be described. In this experimental example, when the set air ratio is set to “1” using such a boiler 1 or the like, the carbon monoxide concentration, the nitrogen oxide concentration, and the oxygen concentration on the primary side of the catalyst unit 50 are 10 minutes. Are adjusted to 2295 ppm, 94 ppm, and 1655 ppm, respectively, and the carbon monoxide concentration, the nitrogen oxide concentration, and the oxygen concentration on the secondary side of the catalyst unit 50 for 10 minutes are respectively 13 ppm, 0. It became less than 3 ppm and 100 ppm. Here, the oxygen concentration of 100 ppm on the secondary side of the catalyst unit 50 is an oxygen concentration measurement limit (oxygen concentration measuring device (PG-250): manufactured by Horiba, Ltd.).

この実験例１に示すように、上述した本発明にかかる構成によれば、排出ＮＯｘ値が５ｐｐｍを下回るような極超低ＮＯｘ化と低ＣＯ化とを実現することができる。   As shown in Experimental Example 1, according to the configuration according to the present invention described above, it is possible to realize ultra-low NOx reduction and CO reduction such that the exhaust NOx value is less than 5 ppm.

この実験例１にかかるボイラ１は、先に説明した触媒部活性化手段（補助燃料供給部８０）を有している。よって、起動時や低燃焼時においても、この触媒部活性化手段を機能させることにより、ガス中の一酸化炭素の濃度を高め、ガス温度を上昇させることができる。   The boiler 1 according to Experimental Example 1 has the catalyst unit activation means (auxiliary fuel supply unit 80) described above. Therefore, by functioning this catalyst part activating means even at the time of start-up and low combustion, the concentration of carbon monoxide in the gas can be increased and the gas temperature can be raised.

（実験例２）
次に、実験例２を示す。ただし、この実験例２も、補助燃料供給部８０を作動させていない場合（定常運転時）についての実験例である。実験例２は、実験例１と同様のボイラ１およびバーナ１０（燃焼量も同様）を用い、触媒活性物質としてＰｄを２．０ｇ／Ｌの割合で担持した体積１０Ｌ、内径３６０ｍｍの触媒部５０を設置した場合について示す。この実験例は、一酸化炭素濃度、窒素酸化物濃度、および酸素濃度の濃度比（（［ＮＯｘ］＋２［Ｏ_２］）／［ＣＯ］）の違いによって、触媒部５０の一次側および二次側のそれぞれの濃度比がどのように変化するかを示したものである。図４は、一酸化炭素濃度、窒素酸化物濃度、および酸素濃度の各濃度比（０．９１〜５．１１）におけるそれぞれの値（触媒部５０の一次側および二次側における一酸化炭素濃度、窒素酸化物濃度、および酸素濃度の値）を示したものである。ここで、触媒部５０の二次側の酸素濃度１００ｐｐｍは、酸素濃度の測定限界である（酸素濃度測定装置（ＰＧ−２５０）：株式会社堀場製作所製）。 (Experimental example 2)
Next, Experimental example 2 is shown. However, this Experimental Example 2 is also an experimental example when the auxiliary fuel supply unit 80 is not operated (during steady operation). Experimental Example 2 uses the same boiler 1 and burner 10 as in Experimental Example 1 (the combustion amount is also the same), and has a catalyst portion 50 having a volume of 10 L and an inner diameter of 360 mm carrying Pd at a rate of 2.0 g / L as a catalytically active substance. The case where is installed will be shown. In this experimental example, the primary side and the secondary side of the catalyst unit 50 are different depending on the concentration ratio (([NOx] +2 [O ₂ ]) / [CO]) of the carbon monoxide concentration, the nitrogen oxide concentration, and the oxygen concentration. It shows how each density ratio on the side changes. FIG. 4 shows respective values (carbon monoxide concentrations on the primary side and the secondary side of the catalyst unit 50) in the concentration ratios (0.91 to 5.11) of the carbon monoxide concentration, the nitrogen oxide concentration, and the oxygen concentration. , Values of nitrogen oxide concentration and oxygen concentration). Here, the oxygen concentration of 100 ppm on the secondary side of the catalyst unit 50 is an oxygen concentration measurement limit (oxygen concentration measuring device (PG-250): manufactured by Horiba, Ltd.).

この実験例２に示すように、上述した本発明にかかる構成によれば、一酸化炭素濃度、窒素酸化物濃度、および酸素濃度の濃度比（（［ＮＯｘ］＋２［Ｏ_２］）／［ＣＯ］）が、「１．８４」（図４参照）以下であれば、排出ＮＯｘ値が５ｐｐｍを下回るような極超低ＮＯｘ化と低ＣＯ化とを実現することができる。なお、ここでは示していないが、本発明によれば、濃度比が「２．０」以下であれば、良好な効果（極超低ＮＯｘ化と低ＣＯ化）を得ることができる。 As shown in Experimental Example 2, according to the configuration of the present invention described above, the concentration ratio of carbon monoxide concentration, nitrogen oxide concentration, and oxygen concentration (([NOx] +2 [O ₂ ]) / [CO ]) Is “1.84” (see FIG. 4) or less, it is possible to achieve ultra-low NOx reduction and CO reduction such that the exhausted NOx value falls below 5 ppm. Although not shown here, according to the present invention, if the concentration ratio is “2.0” or less, good effects (extremely low NOx and low CO) can be obtained.

この実験例２にかかるボイラ１も、上述した実験例１と同様に、触媒部活性化手段（補助燃料供給部８０）を有している。よって、起動時や低燃焼時であっても、触媒部活性化手段を機能させることにより、ガス中の一酸化炭素の濃度を高め、ガス温度を上昇させることができる。   Similarly to Experimental Example 1 described above, the boiler 1 according to Experimental Example 2 also includes catalyst part activating means (auxiliary fuel supply unit 80). Therefore, even at the time of start-up or low combustion, the concentration of carbon monoxide in the gas can be increased and the gas temperature can be raised by causing the catalyst part activating means to function.

＜その他の実施例等＞
なお、本発明は、上記実施形態、実施例、および実験例に限定されるものではなく、本発明の趣旨に適合し得る範囲で必要に応じて種々の変更を加えて実施することも可能であり、それらはいずれも本発明の技術的範囲に含まれる。 <Other examples>
The present invention is not limited to the above-described embodiments, examples, and experimental examples, and can be implemented with various modifications as necessary within a range that can be adapted to the gist of the present invention. They are all included in the technical scope of the present invention.

上記実施例においては、触媒部活性化手段として、一酸化炭素の濃度を高めるべく、バーナ１０の上流側に補助燃料供給部８０を設ける場合について説明したが、本発明はこの構成に限定されず、触媒部に接触前のガス中の一酸化炭素の濃度を高めることが可能であれば、如何なる構成のものを用いてもよい。したがって、例えば、缶体内部に補助燃料供給部や空気供給部を設けるような構成としてもよい。   In the above embodiment, the case where the auxiliary fuel supply unit 80 is provided on the upstream side of the burner 10 to increase the concentration of carbon monoxide as the catalyst unit activating means has been described. However, the present invention is not limited to this configuration. As long as it is possible to increase the concentration of carbon monoxide in the gas before contacting the catalyst portion, any configuration may be used. Therefore, for example, an auxiliary fuel supply unit and an air supply unit may be provided inside the can body.

また、上記実施例においては、触媒部活性化手段として、補助燃料供給部８０を設ける場合について説明したが、本発明はこの構成に限定されず、触媒部を活性可能であれば、如何なる構成のものを用いてもよい。したがって、例えば、触媒部を活性化させるべく、触媒部近傍に触媒部の温度を高める触媒部加温手段を設けてもよい。   In the above-described embodiment, the case where the auxiliary fuel supply unit 80 is provided as the catalyst unit activating means has been described. However, the present invention is not limited to this configuration, and any configuration may be used as long as the catalyst unit can be activated. A thing may be used. Therefore, for example, in order to activate the catalyst part, a catalyst part heating means for raising the temperature of the catalyst part may be provided in the vicinity of the catalyst part.

さらに、触媒部の活性化とは、換言すれば、触媒部における性能向上であるとも考えられる。したがって、本発明においては、この観点（触媒部における性能向上）から、触媒部活性化手段として、複数の触媒部を多段に設置するような構成としてもよい。   Furthermore, the activation of the catalyst part is considered to be an improvement in the performance of the catalyst part in other words. Therefore, in this invention, it is good also as a structure which installs a some catalyst part in multiple stages from this viewpoint (the performance improvement in a catalyst part) as a catalyst part activation means.

また、上記実施例においては、ボイラ１が蒸気ボイラである場合について説明したが、本発明はこの構成に限定されず、温水ボイラでもよい。   Moreover, in the said Example, although the case where the boiler 1 was a steam boiler was demonstrated, this invention is not limited to this structure, A hot water boiler may be sufficient.

さらに、上記実施形態および実施例においては、本発明にかかる燃焼装置がボイラである場合について説明したが、本発明はこの構成に限定されない。したがって、本発明にかかる燃焼装置は、例えば、給湯器、吸収式冷凍機の再生器等であってもよい。つまり、上記実施例等においては、燃焼装置がボイラであるため、吸熱手段を水管としているが、本発明はこれに限定されず、燃焼装置が再生器の場合には、吸熱手段を吸収液濃縮管としてもよい。   Furthermore, in the said embodiment and Example, although the case where the combustion apparatus concerning this invention was a boiler was demonstrated, this invention is not limited to this structure. Therefore, the combustion apparatus according to the present invention may be, for example, a hot water heater, an absorption refrigerating machine regenerator, or the like. That is, in the above-described embodiments and the like, since the combustion apparatus is a boiler, the heat absorption means is a water pipe, but the present invention is not limited to this, and when the combustion apparatus is a regenerator, the heat absorption means is concentrated in the absorbing liquid. It may be a tube.

また、上記実施例においては、空気比制御手段として、主にステッピングモータ３６を駆動させる場合について説明しが、本発明はこの構成に限定されない。つまり、本発明にかかる空気比制御手段は、バーナに供給される空気量あるいは燃料量の少なくとも一方を制御する手段を用いて構成される。つまり、空気比制御手段は、バーナに供給される燃焼空気量および燃料量いずれか一方，または両方を変えることで両者の比率を変え、バーナの空気比を調整するための手段である。この燃焼空気量を調整するものとしては、実施例中で説明したダンパ５０（弁の意味を含む）を用いることが好ましいが、このダンパの構造としては、回転軸を中心に回転する弁体により流路の開度を変える回転タイプのもの（実施例にて説明したもの）の他に、流路の断面開口に対してスライドすることにより流路の開度を変えるスライドタイプのものを用いることもできる。また、当然のことながら、空気比制御手段としては、実施例中にも説明したインバータを備えたモータ３９や燃料調整弁３３を用いることも可能である。さらに、燃料調整弁３３、ステッピングモータ３６、およびモータ３９の二つ以上を用いることも可能である。   Moreover, in the said Example, although the case where the stepping motor 36 is mainly driven as an air ratio control means is demonstrated, this invention is not limited to this structure. That is, the air ratio control means according to the present invention is configured using means for controlling at least one of the amount of air or the amount of fuel supplied to the burner. That is, the air ratio control means is a means for adjusting the air ratio of the burner by changing either or both of the combustion air amount and the fuel amount supplied to the burner, thereby changing the ratio of both. For adjusting the amount of combustion air, it is preferable to use the damper 50 (including the meaning of the valve) described in the embodiment, but the structure of the damper is a valve body that rotates about a rotating shaft. In addition to a rotary type that changes the opening of the flow path (as described in the embodiment), a slide type that changes the opening of the flow path by sliding with respect to the cross-sectional opening of the flow path may be used. it can. As a matter of course, as the air ratio control means, it is also possible to use the motor 39 or the fuel adjustment valve 33 provided with the inverter described in the embodiments. Furthermore, two or more of the fuel adjustment valve 33, the stepping motor 36, and the motor 39 can be used.

さらに、上記実施例においては、ダンパ３５を駆動させるモータとしてステッピングモータ３６を用いる場合について説明したが、本発明はこの構成に限定されず、ギアモータ（ギアドモータと称することができる。）やサーボモータを用いることも可能である。ステッピングモータ３６を用いた場合は、先にも説明した通り、駆動量が印可される駆動パルスであり、ダンパ３５の開度位置を基準開度位置から駆動パルスの数に応じた量だけ開閉移動して任意の目的とする停止位置に制御することができる。また、ギアモータまたはサーボモータを用いた場合は、駆動量が開閉駆動時間であり、ダンパの開度位置を基準開度位置から開閉駆動時間に応じた量だけ開閉移動して任意の目的とする停止位置に制御することができる。   Furthermore, although the case where the stepping motor 36 is used as the motor for driving the damper 35 has been described in the above embodiment, the present invention is not limited to this configuration, and a gear motor (which can be referred to as a geared motor) or a servo motor. It is also possible to use it. When the stepping motor 36 is used, as described above, it is a driving pulse to which the driving amount is applied, and the opening position of the damper 35 is moved from the reference opening position by an amount corresponding to the number of driving pulses. Thus, it can be controlled to an arbitrary stop position. When a gear motor or servo motor is used, the drive amount is the opening / closing drive time, and the damper opening position is moved from the reference opening position by an amount corresponding to the opening / closing drive time to stop for any desired purpose. The position can be controlled.

また、上記実施例においては、検出手段として酸素濃度検出器６０が用いられ、この酸素濃度検出器６０によって、酸素が検出され、この検出された値から空気比を演算して求める場合について説明したが、本発明はこの構成に限定されず、ガスの空気比を直接的または間接的に検出可能であれば、どのような構成の検出手段であってもよい。したがって、例えば、検出手段としては、酸素濃度検出器６０と別の空気比を間接的に検出する一酸化炭素濃度検出器を用いてもよい。この一酸化炭素濃度検出器は、一酸化炭素濃度を検出し、この検出値により空気比を演算して求めることができる。また、検出手段としては、酸素濃度センサと一酸化炭素濃度センサとを組み合わせ、近似的に空気比を求めるようにしてもよい。なお、検出手段の取付位置は、好ましくは、触媒部の二次側（下流側）とするが、これに限定されるものではなく、触媒部の一次側（上流側）や、触媒部の下流側に排熱回収器を設けた場合は、この下流側とすることができる。また、必要に応じて、触媒部の一次側および二次側に検出手段を設けてもよい。ただし、構成要素の簡略化、およびコスト低減等を鑑みれば、上記実施例にように、検出手段は触媒部の二次側に設けることが好ましい。   Further, in the above embodiment, the case where the oxygen concentration detector 60 is used as the detection means, oxygen is detected by the oxygen concentration detector 60, and the air ratio is calculated from the detected value to obtain it is described. However, the present invention is not limited to this configuration, and any configuration may be used as long as the air ratio of gas can be detected directly or indirectly. Therefore, for example, as the detection means, a carbon monoxide concentration detector that indirectly detects an air ratio different from the oxygen concentration detector 60 may be used. The carbon monoxide concentration detector can detect the carbon monoxide concentration and calculate the air ratio based on the detected value. Further, as the detecting means, an oxygen ratio sensor and a carbon monoxide concentration sensor may be combined to obtain the air ratio approximately. The attachment position of the detection means is preferably the secondary side (downstream side) of the catalyst unit, but is not limited to this, and the primary side (upstream side) of the catalyst unit or downstream of the catalyst unit When the exhaust heat recovery device is provided on the side, this can be the downstream side. Moreover, you may provide a detection means in the primary side and secondary side of a catalyst part as needed. However, in view of simplification of constituent elements, cost reduction, and the like, it is preferable to provide the detection means on the secondary side of the catalyst portion as in the above embodiment.

本発明の実施例にかかる蒸気ボイラの縦断面の説明図である。It is explanatory drawing of the longitudinal cross-section of the steam boiler concerning the Example of this invention. 図１のII−II線に沿う横断面の説明図である。It is explanatory drawing of the cross section which follows the II-II line | wire of FIG. 本実施例にかかる触媒部の要部構成を示す正面図である。It is a front view which shows the principal part structure of the catalyst part concerning a present Example. 実験例２における一酸化炭素濃度、窒素酸化物濃度、および酸素濃度の各濃度比の違いに対応したそれぞれの値を示した表である。10 is a table showing respective values corresponding to differences in concentration ratios of carbon monoxide concentration, nitrogen oxide concentration, and oxygen concentration in Experimental Example 2.

符号の説明Explanation of symbols

１…ボイラ
２…缶体
１０…バーナ
１０ａ…予混合ガス噴出面
２０…壁面水管（水管）
２１…壁面側水管（水管）
２２…中央水管（水管）
２４…上部管寄せ
２５…下部管寄せ
２６…連結部
２７…水管壁
２９…ガス流動空間
３０…送風機
３１…空気供給経路部
３２…ガス燃料供給管
３３…燃料調整弁
３５…ダンパ
３６…ステッピングモータ
３９…モータ
４０…煙突部
５０…触媒部
５１…平板
５２…波板
５３…側板
６０…酸素濃度検出器
７０…空気比制御部
８０…補助燃料供給部
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Boiler 2 ... Can body 10 ... Burner 10a ... Premixed gas ejection surface 20 ... Wall surface water pipe (water pipe)
21 ... Wall side water pipe (water pipe)
22 ... Central water pipe (water pipe)
24 ... Upper header 25 ... Lower header 26 ... Connector 27 ... Water pipe wall 29 ... Gas flow space 30 ... Blower 31 ... Air supply path 32 ... Gas fuel supply pipe 33 ... Fuel adjustment valve 35 ... Damper 36 ... Stepping Motor 39 ... Motor 40 ... Chimney 50 ... Catalyst 51 ... Flat plate 52 ... Corrugated plate 53 ... Side plate 60 ... Oxygen concentration detector 70 ... Air ratio control unit 80 ... Auxiliary fuel supply unit

Claims (6)

バーナを連続燃焼させてガスを生成するガス生成工程と、前記ガスから吸熱する吸熱工程とを備えた燃焼方法であって、
前記吸熱工程後、前記一酸化炭素を酸化すると共に前記窒素酸化物を還元する触媒部に対して、前記ガスを接触させる触媒部接触工程と、
前記触媒部の下流側および上流側の少なくとも一方にて前記ガスの性状を直接的または間接的に検出する検出工程と、
前記検出手段からの検出信号に基づき、前記バーナにおける空気比を制御する空気比制御工程と、
必要に応じて、前記触媒部の活性化を行う触媒部活性化工程とを含む
ことを特徴とする燃焼方法。 A combustion method comprising a gas generation step of continuously burning a burner to generate gas, and an endothermic step of absorbing heat from the gas,
After the endothermic process, a catalyst part contacting step in which the gas is brought into contact with a catalyst part that oxidizes the carbon monoxide and reduces the nitrogen oxides;
A detection step of directly or indirectly detecting the property of the gas on at least one of the downstream side and the upstream side of the catalyst unit;
An air ratio control step for controlling an air ratio in the burner based on a detection signal from the detection means;
A combustion method comprising a catalyst part activation step of activating the catalyst part as necessary. 前記触媒部活性化工程にて、前記ガス中の前記一酸化炭素濃度を高める
請求項１に記載の燃焼方法。 The combustion method according to claim 1, wherein the concentration of the carbon monoxide in the gas is increased in the catalyst part activation step. 前記触媒部活性化工程にて、前記触媒部の温度を高める
請求項１または２に記載の燃焼方法。 The combustion method according to claim 1 or 2, wherein the temperature of the catalyst part is increased in the catalyst part activation step. 前記空気比制御工程にて、前記触媒部に接触前の前記ガスが、以下の数式に示す濃度比を満足すべく制御されている
請求項１から３のいずれか１項に記載の燃焼方法。
（［ＮＯｘ］＋２［Ｏ_２］）／［ＣＯ］≦２．０
（上記数式において、［ＮＯｘ］、［Ｏ_２］、および［ＣＯ］は、それぞれ窒素酸化物濃度、酸素濃度、および一酸化炭素濃度を示し、［Ｏ_２］＞０の条件を満たす。） The combustion method according to any one of claims 1 to 3, wherein in the air ratio control step, the gas before contacting the catalyst unit is controlled to satisfy a concentration ratio represented by the following mathematical formula.
([NOx] +2 [O ₂ ]) / [CO] ≦ 2.0
(In the above formula, [NOx], [O ₂ ], and [CO] indicate the nitrogen oxide concentration, oxygen concentration, and carbon monoxide concentration, respectively, and satisfy the condition of [O ₂ ]> 0.) 連続燃焼によりガスを生成するバーナと、前記ガスから吸熱する吸熱手段とを備えた燃焼装置であって、
前記吸熱手段を通過後の前記ガスに含まれる一酸化炭素を酸化すると共に前記窒素酸化物を還元する触媒部と、
前記触媒部の下流側および上流側の少なくとも一方にて前記ガスの性状を直接的または間接的に検出する検出手段と、
前記検出手段からの検出信号に基づき、前記バーナにおける空気比を制御する空気比制御手段と
必要に応じて、前記触媒部を活性化させる触媒部活性化手段とを有する
ことを特徴とする燃焼装置。 A combustion apparatus comprising a burner that generates gas by continuous combustion, and a heat absorption means that absorbs heat from the gas,
A catalyst unit that oxidizes carbon monoxide contained in the gas after passing through the endothermic means and reduces the nitrogen oxides;
Detecting means for directly or indirectly detecting the property of the gas on at least one of the downstream side and the upstream side of the catalyst unit;
A combustion apparatus comprising: an air ratio control unit that controls an air ratio in the burner based on a detection signal from the detection unit; and a catalyst unit activation unit that activates the catalyst unit as necessary. . 前記触媒部に接触前の前記ガスが、以下の数式に示す濃度比を満足すべく、前記空気比制御手段にて制御されている
請求項５に記載の燃焼装置。
（［ＮＯｘ］＋２［Ｏ_２］）／［ＣＯ］≦２．０
（上記数式において、［ＮＯｘ］、［Ｏ_２］、および［ＣＯ］は、それぞれ窒素酸化物濃度、酸素濃度、および一酸化炭素濃度を示し、［Ｏ_２］＞０の条件を満たす。）
The combustion apparatus according to claim 5, wherein the gas before contacting the catalyst section is controlled by the air ratio control means so as to satisfy a concentration ratio represented by the following mathematical formula.
([NOx] +2 [O ₂ ]) / [CO] ≦ 2.0
(In the above formula, [NOx], [O ₂ ], and [CO] indicate the nitrogen oxide concentration, oxygen concentration, and carbon monoxide concentration, respectively, and satisfy the condition of [O ₂ ]> 0.)

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